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� Beispielprojekte SIMATIC PID
�Professional
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SIMATIC
S7-300/400 Beispielprojekte SIMATIC PID Professional
Anwendungsbeispiele
01/2012 A5E03806703-01
Standard PID Control 1
Modular PID Control 2
Rechtliche Hinweise
Rechtliche Hinweise Warnhinweiskonzept
Dieses Handbuch enthält Hinweise, die Sie zu Ihrer persönlichen Sicherheit sowie zur Vermeidung von Sachschäden beachten müssen. Die Hinweise zu Ihrer persönlichen Sicherheit sind durch ein Warndreieck hervorgehoben, Hinweise zu alleinigen Sachschäden stehen ohne Warndreieck. Je nach Gefährdungsstufe werden die Warnhinweise in abnehmender Reihenfolge wie folgt dargestellt.
GEFAHR bedeutet, dass Tod oder schwere Körperverletzung eintreten wird, wenn die entsprechenden Vorsichtsmaßnahmen nicht getroffen werden.
WARNUNG bedeutet, dass Tod oder schwere Körperverletzung eintreten kann, wenn die entsprechenden Vorsichtsmaßnahmen nicht getroffen werden.
VORSICHT mit Warndreieck bedeutet, dass eine leichte Körperverletzung eintreten kann, wenn die entsprechenden Vorsichtsmaßnahmen nicht getroffen werden.
VORSICHT ohne Warndreieck bedeutet, dass Sachschaden eintreten kann, wenn die entsprechenden Vorsichtsmaßnahmen nicht getroffen werden.
ACHTUNG bedeutet, dass ein unerwünschtes Ergebnis oder Zustand eintreten kann, wenn der entsprechende Hinweis nicht beachtet wird.
Beim Auftreten mehrerer Gefährdungsstufen wird immer der Warnhinweis zur jeweils höchsten Stufe verwendet. Wenn in einem Warnhinweis mit dem Warndreieck vor Personenschäden gewarnt wird, dann kann im selben Warnhinweis zusätzlich eine Warnung vor Sachschäden angefügt sein.
Qualifiziertes Personal Das zu dieser Dokumentation zugehörige Produkt/System darf nur von für die jeweilige Aufgabenstellung qualifiziertem Personal gehandhabt werden unter Beachtung der für die jeweilige Aufgabenstellung zugehörigen Dokumentation, insbesondere der darin enthaltenen Sicherheits- und Warnhinweise. Qualifiziertes Personal ist auf Grund seiner Ausbildung und Erfahrung befähigt, im Umgang mit diesen Produkten/Systemen Risiken zu erkennen und mögliche Gefährdungen zu vermeiden.
Bestimmungsgemäßer Gebrauch von Siemens-Produkten Beachten Sie Folgendes:
WARNUNG Siemens-Produkte dürfen nur für die im Katalog und in der zugehörigen technischen Dokumentation vorgesehenen Einsatzfälle verwendet werden. Falls Fremdprodukte und -komponenten zum Einsatz kommen, müssen diese von Siemens empfohlen bzw. zugelassen sein. Der einwandfreie und sichere Betrieb der Produkte setzt sachgemäßen Transport, sachgemäße Lagerung, Aufstellung, Montage, Installation, Inbetriebnahme, Bedienung und Instandhaltung voraus. Die zulässigen Umgebungsbedingungen müssen eingehalten werden. Hinweise in den zugehörigen Dokumentationen müssen beachtet werden.
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Haftungsausschluss Wir haben den Inhalt der Druckschrift auf Übereinstimmung mit der beschriebenen Hard- und Software geprüft. Dennoch können Abweichungen nicht ausgeschlossen werden, so dass wir für die vollständige Übereinstimmung keine Gewähr übernehmen. Die Angaben in dieser Druckschrift werden regelmäßig überprüft, notwendige Korrekturen sind in den nachfolgenden Auflagen enthalten.
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A5E03806703-01 Ⓟ 01/2012 Änderungen vorbehalten
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Beispielprojekte SIMATIC PID Professional Anwendungsbeispiele, 01/2012, A5E03806703-01 3
Inhaltsverzeichnis
1 Standard PID Control................................................................................................................................. 5
1.1 Example01: Schrittregler................................................................................................................5
1.2 Example02: Kontinuierlicher Regler ............................................................................................11
1.3 Example03: Kaskadenregelung...................................................................................................16
1.4 Example04: Impulsregler .............................................................................................................19
1.5 Example05: Kontinuierlichen Regler mit dem PID Self-Tuner optimieren...................................25
1.6 Example06: Schrittregler mit dem PID Self-Tuner optimieren.....................................................27
1.7 Example07: Impulsregler mit dem PID Self-Tuner optimieren ....................................................29
2 Modular PID Control ................................................................................................................................ 31
2.1 Example08: Schrittregler..............................................................................................................31 2.1.1 Übersicht ......................................................................................................................................31 2.1.2 PIDCTR_S: Festwertregler mit schaltendem Ausgang für integrierende Stellglieder .................33 2.1.3 PROC_S: Regelstrecke für Schrittregler......................................................................................35 2.1.4 Beispiel in Betrieb nehmen ..........................................................................................................36
2.2 Example09: Kontinuierlicher Regler ............................................................................................37 2.2.1 Übersicht ......................................................................................................................................37 2.2.2 PIDCTR_C: Festwertregler mit kontinuierlichem Ausgang..........................................................38 2.2.3 PROC_C: Regelstrecke für kontinuierlichen Regler ....................................................................40 2.2.4 Beispiel in Betrieb nehmen ..........................................................................................................40
2.3 Example10: Impulsregler .............................................................................................................41 2.3.1 Übersicht ......................................................................................................................................41 2.3.2 PIDCTR: Führungsregler für kontinuierliche Regler mit Impulsformer ........................................43 2.3.3 PROC_P: Regelstrecke für kontinuierlichen Regler mit Impulsformer ........................................44 2.3.4 Beispiel in Betrieb nehmen ..........................................................................................................45
2.4 Example11: Einschleifiger Verhältnisregler .................................................................................46 2.4.1 Übersicht ......................................................................................................................................46 2.4.2 RATIOCTR: Einschleifiger Verhältnisregler.................................................................................48 2.4.3 Beispiel in Betrieb nehmen ..........................................................................................................49
2.5 Example12: Mischungsregler.......................................................................................................50 2.5.1 Übersicht ......................................................................................................................................50 2.5.2 RB_CTR_C: kontinuierlicher Folgeregler für mehrschleifige Verhältnis– oder
Mischungsregelungen..................................................................................................................52 2.5.3 Beispiel in Betrieb nehmen ..........................................................................................................54
2.6 Example13: Regler mit Störgrößenaufschaltung.........................................................................55 2.6.1 Übersicht ......................................................................................................................................55 2.6.2 CRT_C_FF: Regler mit Störgrößenaufschaltung.........................................................................56 2.6.3 Beispiel in Betrieb nehmen ..........................................................................................................58
Inhaltsverzeichnis
Beispielprojekte SIMATIC PID Professional 4 Anwendungsbeispiele, 01/2012, A5E03806703-01
2.7 Example14: Bereichsauswahlregler............................................................................................ 59 2.7.1 Übersicht ..................................................................................................................................... 59 2.7.2 SPLITCTR: Bereichsauswahlregler ............................................................................................ 60 2.7.3 PROC_HCC: Regelstrecke mit Heiz- und Kühlzweig ................................................................. 62 2.7.4 Beispiel in Betrieb nehmen ......................................................................................................... 63
2.8 Example15: Ablöseregler ............................................................................................................ 64 2.8.1 Übersicht ..................................................................................................................................... 64 2.8.2 OVR_CTR: Ablöseregler ............................................................................................................. 65 2.8.3 Beispiel in Betrieb nehmen ......................................................................................................... 67
2.9 Example16: Kontinuierlichen Regler mit dem PID Self-Tuner optimieren .................................. 68
2.10 Example17: Schrittregler mit dem PID Self-Tuner optimieren.................................................... 70
2.11 Example18: Impulsregler mit dem PID Self-Tuner optimieren.................................................... 73
Beispielprojekte SIMATIC PID Professional Anwendungsbeispiele, 01/2012, A5E03806703-01 5
Standard PID Control 11.1 Example01: Schrittregler
Anwendung Das Beispiel Example01 umfasst einen Standard–Schrittregler (PID_ES) in Verbindung mit einer simulierten Regelstrecke, die aus einem integrierenden Stellglied und einem nachgeschalteten Verzögerungsglied dritter Ordnung (PT3) besteht.
Mit Hilfe von Example01 ist es möglich, auf einfache Weise einen Schrittregler zu generieren und diesen in allen Eigenschaften im Offline–Zusammenspiel mit einer typischen Streckenanordnung zu parametrieren und zu erproben.
Das Beispiel ermöglicht es, die Arbeitsweise und Konfiguration von Reglern mit diskontinuierlichem Ausgang, wie sie bei der Regelung von Strecken mit motorischen Stellgliedern sehr häufig eingesetzt werden, leicht zu verstehen. Es ist deshalb auch für Einführungszwecke bzw. Schulungszwecke anwendbar.
Funktionen von Example01 Das Beispiel Example01 setzt sich im Wesentlichen aus den beiden Anweisungen PID_ES und PROC_S zusammen. PID_ES verkörpert dabei den verwendeten Standard–Regler, und PROC_S simuliert eine Regelstrecke mit den Funktionsgliedern "Ventil" und PT3. Dem Regler werden dabei neben der Regelgröße Informationen über die Position des Stellgliedes und ggf. erreichte Anschlagsignale übermittelt.
Anschlagsignale
Regelstrecke
Stellungsrückmeldung
(Stellglied)
Istwert
SollwertSchrittegler
-
DISV
PT3
Standard PID Control
PID_ES
Bild 1-1 Beispiel Example01, Regelkreis
Standard PID Control 1.1 Example01: Schrittregler
Beispielprojekte SIMATIC PID Professional 6 Anwendungsbeispiele, 01/2012, A5E03806703-01
Der Funktionsbaustein PROC_S bildet eine Reihenschaltung nach, die aus dem integrierenden Stellglied und drei Verzögerungsgliedern 1. Ordnung besteht. Zum Ausgangssignal des Stellgliedes wird immer die Störgröße DISV hinzuaddiert, sodass an dieser Stelle Streckenstörungen manuell aufgeschaltet werden können. Über den Faktor GAIN lässt sich die statische Streckenverstärkung bestimmen.
Der Parameter für die Motorstellzeit MTR_TM definiert die Zeit, welche das Stellglied für den Durchlauf von Anschlag zu Anschlag benötigt.
Bild 1-2 Aufbau und Parameter des Strecken–Bausteins PROC_S
Bausteinstruktur Das Beispiel Example01 ist aus der Funktion EX01, die die Bausteine für den Regler und die simulierte Strecke umfasst, sowie aus den Aufrufbausteinen für Neustart (OB 100) und eine Weckalarmebene (OB 35 mit 100 ms Zeittakt) zusammengesetzt.
Tabelle 1- 1 Bausteine des Beispiels Example01
Baustein Name (in der Symbolleiste)
Beschreibung
OB 100 RESTART Neustart–OB OB 35 CYC_INT1 Zeitgesteuerter OB: 100 ms FC 100 EX01 Beispiel 1 FB 2 PID_ES Schrittregler FB 100 PROC_S Strecke für Schrittregler DB 100 PROCESS Instanz–DB zu PROC_S DB 101 CONTROL Instanz–DB zu PID_ES
Den beiden Funktionsbausteinen sind die Instanz–Datenbausteine DB 100 für die Strecke und DB 101 für den Regler zugeordnet.
PROC_S
T#100 ms
FALSE
T#100 ms
CYCLECOM_RST
TRUE
EX01
PID_ES
OB 100
OB 35(100 ms)
Bild 1-3 Bausteine des Beispiels Example01: Verschaltung und Aufruf
Standard PID Control 1.1 Example01: Schrittregler
Beispielprojekte SIMATIC PID Professional Anwendungsbeispiele, 01/2012, A5E03806703-01 7
Die Parameter des Streckenmodells Die Parameter des Reglerbausteins PID_ES und ihre Bedeutung sind in der Online-Hilfe beschrieben. Die Parameter des Streckenbausteins PROC_S sind in der folgenden Tabelle aufgelistet.
Tabelle 1- 2 Parameter des Streckenbausteins PROC_S (DB100: FB100)
Parameter Typ Wertebereich Beschreibung INV_UP BOOL Eingangssignal auf (mehr) INV_DOWN BOOL Eingangssignal ab (weniger) COM_RST BOOL Neustart CYCLE TIME ≥ 1ms Abtastzeit DISV REAL Störgröße GAIN REAL Streckenverstärkung MTR_TM TIME Motorstellzeit LMNR_HLM REAL LMNR_LLM ... 100.0 [%] obere Grenze der Stellungsrückmeldung LMNR_LLM REAL -100.0...LMNR_HLM [%] untere Grenze der Stellungsrückmeldung TM_LAG1 TIME ≥ CYCLE/2 Verzögerungszeit 1 TM_LAG2 TIME ≥ CYCLE/2 Verzögerungszeit 2 TM_LAG3 TIME ≥ CYCLE/2 Verzögerungszeit 3 OUTV REAL Ausgangsgröße LMNR REAL Stellungsrückmeldung QLMNR_HS BOOL Stellglied am oberen Anschlag QLMNR_LS BOOL Stellglied am unteren Anschlag
Nach Neustart werden die Ausgangsgröße OUTV sowie alle internen Speichergrößen auf Null gesetzt.
Standard PID Control 1.1 Example01: Schrittregler
Beispielprojekte SIMATIC PID Professional 8 Anwendungsbeispiele, 01/2012, A5E03806703-01
Verschaltung und Aufruf des Beispiels Example01 Wie der Schrittregler über die Funktion EX01 intern mit dem Streckenmodell zu einem Regelkreis verschaltet ist, geht aus dem folgenden Bild hervor.
Selbstverständlich lässt sich durch Öffnen der Verbindung LMNR - LMNR_IN auch eine Schrittregelung ohne Stellungsrückmeldung realisieren.
PROC_S
OUTVLMNR
QLMNR_LSQLMNR_HSINV_DOWN
INV_UP
CYCLECOM_RST
PID_ES
QLMNUPQLMNDN
LMNR_LSLMNR_HSLMNR_INPV_INCYCLECOM_RS
1EX0
CYCLE
COM_RST
Bild 1-4 Verschaltung und Aufruf der Funktion EX01
Parameter der Modellregelstrecke für Schrittregler Das nachfolgende Bild zeigt das Funktionsschema und die Parameter der Regelstrecke.
Bei Neustart bzw. Wiederanlauf verhält sich die Regelung, wie in der Online-Hilfe beschrieben.
BOOLREAL
BOOLREAL
TIME
BOOL
BOOL
BOOL
REALREAL
REALREALTIMETIMETIMETIME
OUTV
LMNRQLMNR_LS
QLMNR_HSFALSEFALSE
FALSE
FALSE
FALSE
T#10sT#10sT#10sT#30s
TM_LAG3TM_LAG2TM_LAG1MTR_TMLMNR_LLMLMNR_HLM
INV_DOWNINV_UPDISVGAINCYCLECOM_RST
*) *)
T#1s
PROC_S
100.00.0
0.0
0.0
0.0
0.0
Bild 1-5 Funktionsschema und Parameter des Streckenmodells PROC_S
*) Vorbelegung bei Neuerstellung des Instanz-DB
Standard PID Control 1.1 Example01: Schrittregler
Beispielprojekte SIMATIC PID Professional Anwendungsbeispiele, 01/2012, A5E03806703-01 9
Parameter und Sprungantwort Anhand einer konkreten Parametrierung des Schrittreglers mit PI–Wirkung und eingeschalteter Totzone wird die Reaktion eines Regelkreises mit simulierter PT–Regel-strecke 3. Ordnung gezeigt. Die eingestellten Streckenparameter mit jeweils 10 s Verzögerungszeit bilden annähernd das Verhalten eines schnellen Temperaturprozesses oder einer Füllstandsregelung nach.
Einstellung einer der Verzögerungszeiten TM_LAGx = 0 s reduziert die Ordnung der Strecke um ein Grad.
Das nachfolgende Bild zeigt das Übergangs– und Einschwingverhalten des geschlossenen Regelkreises nach einer Sollwertänderung von 60 Prozent. Die Tabelle enthält die aktuell eingestellten Werte der relevanten Parameter für Regler und Strecke.
Parameter Typ Parametrierung Beschreibung Regler: CYCLE TIME 100ms Abtastzeit GAIN REAL 0.31 Proportionalbeiwert TI TIME 19.190s Integrationszeit MTR_TM TIME 20s Motorstellzeit PULSE_TM TIME 100ms Mindestimpulsdauer BREAK_TM TIME 100ms Mindestpausendauer DEADB_ON BOOL TRUE Totzone einschalten DEADB_W REAL 0.5 Totzonenbreite Regelstrecke GAIN REAL 1.5 Streckenverstärkung MTR_TM TIME 20s Motorstellzeit TM_LAG1 TIME 10s Verzögerungszeit 1 TM_LAG2 TIME 10s Verzögerungszeit 2 TM_LAG3 TIME 10s Verzögerungszeit 3
Bild 1-6 Regelkreis mit Schrittregler nach Sollwertsprung
Standard PID Control 1.1 Example01: Schrittregler
Beispielprojekte SIMATIC PID Professional 10 Anwendungsbeispiele, 01/2012, A5E03806703-01
Beispiel in Betrieb nehmen Passen Sie die Konfiguration des Hardwareaufbaus aus dem Beispiel mit der "Gerätekonfiguration" an Ihre reale Anlage an. Wählen Sie die passende CPU (Rechtsklick auf die "Nicht spezifizierte CPU" -> "Geräte tauschen...") und stellen Sie dann die Zykluszeit des OB35 auf 100ms (Standardeinstellung) ein. Sollte in der Weckalarmebene ein Zeitfehler auftreten, müssen Sie die Zykluszeit vergrößern. In diesem Fall wird dann die Simulation langsamer ablaufen. Wenn Sie am realen Prozess regeln, müssen die Zykluszeit des OB35 und die Abtastzeit CYCLE der Funktion EX01 übereinstimmen. Laden Sie mit dem TIA-Portal das Beispiel in die CPU. Öffnen Sie im Ordner "Technologieobjekte" die Inbetriebnahmeoberfläche des Technologieobjekts CONTROL und führen Sie die Inbetriebnahme wie in der Online-Hilfe beschrieben durch.
Standard PID Control 1.2 Example02: Kontinuierlicher Regler
Beispielprojekte SIMATIC PID Professional Anwendungsbeispiele, 01/2012, A5E03806703-01 11
1.2 Example02: Kontinuierlicher Regler
Anwendung Das Beispiel Example02 umfasst einen kontinuierlichen Regler (PID_CP) in Verbindung mit einer simulierten Regelstrecke, die aus einem Verzögerungsglied dritter Ordnung (PT3) besteht.
Mit Hilfe von Example02 ist es möglich, auf einfache Weise einen kontinuierlichen PID-Regler zu generieren und diesen in allen Eigenschaften im Offline–Zusammenspiel mit einer typischen Streckenanordnung zu parametrieren und zu erproben.
Das Beispiel ermöglicht es, die Arbeitsweise und Konfiguration von Reglern mit analogem Ausgangssignal, wie sie bei der Regelung von Strecken mit proportional wirkenden Stellgliedern eingesetzt werden, leicht zu verstehen. Es ist deshalb auch für Einführungszwecke bzw. Schulungszwecke anwendbar.
Funktionen von Example02 Das Beispiel Example02 setzt sich im Wesentlichen aus den beiden Funktionsbausteinen PID_CP (FB 1) und PROC_C (FB 100) zusammen. PID_CP verkörpert dabei den verwendeten Regler, und PROC_C simuliert eine Regelstrecke mit Ausgleich dritter Ordnung. Das Beispiel enthält auch einen vorprojektierten zeitabhängigen Sollwertverlauf für den Zeitplangeber. Die nötigen Daten dazu sind im globalen Datenbaustein DB_RMPSK hinterlegt.
Regelstrecke
PID-Regler
PV -LMN
DISV
PT3
Standard PID Control
SPPID_CP
Bild 1-7 Regelkreis des Beispiels Example02
Der Funktionsbaustein PROC_C bildet eine Reihenschaltung aus drei Verzögerungsgliedern 1. Ordnung nach. Zum Ausgangssignal des Stellgliedes wird immer die Störgröße DISV hinzuaddiert, sodass an dieser Stelle Streckenstörungen manuell aufgeschaltet werden können. Über den Faktor GAIN lässt sich die statische Streckenverstärkung bestimmen.
Bild 1-8 Aufbau und Parameter des Strecken–Bausteins PROC_C
Standard PID Control 1.2 Example02: Kontinuierlicher Regler
Beispielprojekte SIMATIC PID Professional 12 Anwendungsbeispiele, 01/2012, A5E03806703-01
Bausteinstruktur Das Beispiel Example02 ist aus der Funktion EX02, die die Bausteine für den Regler und die simulierte Strecke umfasst, sowie aus den Aufrufbausteinen für Neustart (OB 100) und einer Weckalarmebene (OB 35 mit 100 ms Zeittakt) zusammengesetzt.
Tabelle 1- 3 Bausteine des Beispiels Example02
OB 100 RESTART Neustart–OB OB 35 CYC_INT1 Zeitgesteuerter OB: 100 ms FC 100 EX02 Beispiel 2 FB 1 PID_CP Kontinuierlicher PID–Regler FB 100 PROC_C Strecke für kontinuierlichen Regler DB 100 PROCESS Instanz–DB zu PROC_C DB 101 CONTROL Instanz-DB zu PID_CP DB 2 DB_RMPSK Globaler DB für Aufrufdaten des Zeitplangebers
Den beiden Funktionsbausteinen sind die Instanz–Datenbausteine DB 100 für die Regelstrecke und DB 101 für den Regler zugeordnet.
PROC_C
T#100 ms
FALSE
T#100 ms
CYCLECOM_RST
TRUE
EX02
PID_CP
OB 100
OB 35(100 ms)
Bild 1-9 Bausteine des Beispiels Example02: Verschaltung und Aufruf
Die Parameter des Streckenmodells Die Parameter des Reglerbausteins PID_CP und ihre Bedeutung sind in der Online-Hilfe beschrieben. Die Parameter des Streckenbausteins PROC_C sind in der folgenden Tabelle aufgelistet.
Tabelle 1- 4 Parameter des Streckenbausteins PROC_C (DB 100: FB 100)
Parameter Typ Wertebereich Beschreibung INV REAL Eingangsgröße COM_RST BOOL Neustart CYCLE TIME ≥ 1ms Abtastzeit DISV REAL Störgröße GAIN REAL Streckenverstärkungsfaktor TM_LAG1 TIME ≥ CYCLE/2 Verzögerungszeit 1 TM_LAG2 TIME ≥ CYCLE/2 Verzögerungszeit 2 TM_LAG3 TIME ≥ CYCLE/2 Verzögerungszeit 3 OUTV REAL Ausgangsgröße
Standard PID Control 1.2 Example02: Kontinuierlicher Regler
Beispielprojekte SIMATIC PID Professional Anwendungsbeispiele, 01/2012, A5E03806703-01 13
Verschaltung und Aufruf des Beispiels Example02 Wie der kontinuierliche Regler über die Funktion EX02 intern mit dem Streckenmodell zu einem Regelkreis verschaltet ist, geht aus dem nachfolgenden Bild hervor.
PROC_C
OUTVINV
CYCLECOM_RST
PID_CP
LMNPV_IN
CYCLECOM_RS
EX02
CYCLE
COM_RST
Bild 1-10 Verschaltung und Aufruf der Funktion EX02
Parameter der Modellregelstrecke für kontinuierliche Regler Das nachfolgende Bild zeigt das Funktionsschema und die Parameter der Regelstrecke.
Bei Neustart bzw. Wiederanlauf verhält sich die Regelung, wie in der Online-Hilfe beschrieben.
REAL
TIMEBOOL
REAL
REALREAL
TIMETIMETIME
OUTV
FALSE
T#10sT#10sT#10s
TM_LAG3TM_LAG2TM_LAG1
INV
DISVGAINCYCLECOM_RST
*) *)
T#1s
0.0
0.00.0
0.0
PROC_C
Bild 1-11 Funktionsschema und Parameter des Streckenmodells PROC_C
*) Vorbelegung bei Neuerstellung des Instanz-DB
Standard PID Control 1.2 Example02: Kontinuierlicher Regler
Beispielprojekte SIMATIC PID Professional 14 Anwendungsbeispiele, 01/2012, A5E03806703-01
Parameter und Sprungantwort Anhand einer konkreten Parametrierung eines kontinuierlichen Reglers mit PID–Wirkung wird die Reaktion eines Regelkreises mit simulierter PT–Regelstrecke 3. Ordnung gezeigt. Die eingestellten Streckenparameter mit jeweils 10 s Verzögerungszeit bilden annähernd das Verhalten einer Druckregelung oder einer Füllstandsregelung nach.
Einstellung einer der Verzögerungszeiten TM_LAG x = 0 s reduziert die Ordnung der Strecke um ein Grad.
Das nachfolgende Bild zeigt das Übergangs– und Einschwingverhalten des geschlossenen Regelkreises nach einer Reihe von Sollwertänderungen von jeweils 20 Prozent des Messbereiches. Die Tabelle enthält die aktuell eingestellten Werte der relevanten Parameter für Regler und Strecke.
Parameter Typ Parametrierung Beschreibung Regler: CYCLE TIME 100ms Abtastzeit GAIN REAL 1.535 Proportionalbeiwert TI TIME 22.720s Integrationszeit TD TIME 5.974s Differenzierzeit TM_LAG TIME 1.195s Verzögerungszeit des D–Anteils Regelstrecke: GAIN REAL 1.5 Streckenverstärkung TM_LAG1 TIME 10s Verzögerungszeit 1 TM_LAG2 TIME 10s Verzögerungszeit 2 TM_LAG3 TIME 10s Verzögerungszeit 3
Bild 1-12 Regelung mit kontinuierlichem Regler und Sollwertsprüngen über den ganzen
Messbereich
Standard PID Control 1.2 Example02: Kontinuierlicher Regler
Beispielprojekte SIMATIC PID Professional Anwendungsbeispiele, 01/2012, A5E03806703-01 15
Beispiel in Betrieb nehmen Passen Sie die Konfiguration des Hardwareaufbaus aus dem Beispiel mit der "Gerätekonfiguration" an Ihre reale Anlage an. Wählen Sie die passende CPU (Rechtsklick auf die "Nicht spezifizierte CPU" -> "Geräte tauschen...") und stellen Sie dann die Zykluszeit des OB35 auf 100 ms (Standardeinstellung) ein. Sollte in der Weckalarmebene ein Zeitfehler auftreten, müssen Sie die Zykluszeit vergrößern. In diesem Fall wird dann die Simulation langsamer ablaufen. Wenn Sie am realen Prozess regeln, müssen die Zykluszeit des OB35 und die Abtastzeit CYCLE der Funktion EX02 übereinstimmen. Laden Sie mit dem TIA-Portal das Beispiel in die CPU. Öffnen Sie im Ordner "Technologieobjekte" die Inbetriebnahmeoberfläche des Technologieobjekts CONTROL und führen Sie die Inbetriebnahme wie in der Online-Hilfe beschrieben durch. Wenn Sie für das Beispiel den vorprojektierten zeitabhängigen Sollwertverlauf nutzen möchten, aktivieren Sie den Zeitplangeber in dem Sie CONTROL.RMPSK_ON=TRUE setzen.
Standard PID Control 1.3 Example03: Kaskadenregelung
Beispielprojekte SIMATIC PID Professional 16 Anwendungsbeispiele, 01/2012, A5E03806703-01
1.3 Example03: Kaskadenregelung
Anwendung Das Beispiel Example03 enthält alle die Bausteine, die zur Konfiguration einer Kaskadenregelung mit einer Hauptregelgröße und einer Hilfsregelgröße benötigt werden.
Mit Hilfe von Example03 ist es möglich, auf einfache Weise eine Kaskadenregelung mit einem Führungsregelkreis und einem Folgeregelkreis zu generieren. Die Struktur lässt sich leicht auf mehr als einen Folgeregelkreis erweitern.
Funktionen von Example03 Das Beispiel Example03 enthält den Regleraufrufverteiler (LP_SCHED) mit dem zugehörigen globalen Datenbaustein (DB–LOOP), die Funktionsbausteine FB 1 für den kontinuierlichen Standard–Regler (Führungsregler) sowie FB 2 für den Schrittregler (Folgeregler) mit den beiden Instanz–DBs für die Konfigurationsdaten der Regler. Die Funktionsbausteine PROC_S und PROC_C bilden die simulierte Regelstrecke. Sie sind in den Beispielen Example01 und Example02 beschrieben.
Teil 2 Regelstrecke
Teil 1RegelstreckeFolgereglerFührungsregler
PROC_CPROC_S
PVPV
SP LMNQLMNDNQLMNUP
PID_ESPID_CP
Bild 1-13 Zweischleifige Kaskadenregelung (Example03)
Die Regler werden über den Regleraufrufverteiler aus der Weckalarmebene mit 100 ms Zeittakt zu jeweils zyklischen Zeitpunkten aufgerufen.
Der Regler mit kontinuierlichem Ausgang (PID_CP) wirkt dabei als Führungsregler auf den Sollwert des Folgereglers in der Weise, dass die Hauptregelgröße am Ausgang von Streckenteil 2 auf dem Führungswert SP gehalten wird. Störungen, die auf den Streckenteil 1 einwirken, regelt der Schrittregler im Hilfsregelkreis (PID_ES) ohne Beeinflussung der Hauptregelgröße PV aus.
Standard PID Control 1.3 Example03: Kaskadenregelung
Beispielprojekte SIMATIC PID Professional Anwendungsbeispiele, 01/2012, A5E03806703-01 17
Bausteinstruktur Das Beispiel Example03 ist aus der Funktion EX03, die die Bausteine für den Aufrufverteiler und die beiden Regler umfasst, sowie aus den Aufrufbausteinen für Neustart (OB 100) und einer Weckalarmebene (OB 35 mit 100 ms Zeittakt) zusammengesetzt.
Tabelle 1- 5 Bausteine des Beispiels Example03
Baustein Name (in der Symbolleiste)
Beschreibung
OB 100 RESTART Neustart–OB OB 35 CYC_INT1 Zeitgesteuerter OB: 100 ms FC 100 EX03 Beispiel 3 FC 1 LP_SCHED Regleraufrufverteiler FB 1 PID_CP Kontinuierlicher PID–Regler FB 2 PID_ES Schrittregler FB 102 PROC_S Strecke Teil 1 FB 103 PROC_C Strecke Teil 2 DB 1 DB_LOOP Globaler DB für Aufrufdaten zu LP_SCHED DB 100 CONTROL_C Instanz–DB zu PID_CP DB 101 CONTROL_S Instanz–DB zu PID_ES DB 102 PROCESS_S Instanz-DB zu PROC_S DB 103 PROCESS_C Instanz-DB zu PROC_C
Den Funktionsbausteinen PID_CP und PID_ES ist jeweils der Instanz–Datenbaustein DB 100 bzw. DB 101 zugeordnet.
PROC_SPROC_C
PID_ESPID_CP
T#100 ms
FALSE
T#100 ms
CYCLECOM_RST
TRUE
EX03
DB_LOOPLP_SCHED
OB 100
OB 35(100 ms)
Bild 1-14 Bausteine des Beispiels Example03: Verschaltung und Aufruf
Standard PID Control 1.3 Example03: Kaskadenregelung
Beispielprojekte SIMATIC PID Professional 18 Anwendungsbeispiele, 01/2012, A5E03806703-01
Parametrierung des Beispiels Example03 Wie die Regler über die Funktion EX03 intern mit dem Regleraufrufverteiler und untereinander verschaltet sind, geht aus nachfolgendem Bild hervor.
Bei Neustart bzw. Wiederanlauf verhält sich die Regelung, wie in der Online-Hilfe beschrieben.
LMN
QCASPV
CAS_ONCAS
DB_LOOP
DB_LOOP
PID_CP
PID_ES
SP_EXT
CYCLECOM_RST
DB_NBR
CYCLECOM_RST
TM_BASECOM_RST
LP_SCHED
CYCLE2ILP_COU2
MAN_CYC2MAN_DIS2MAN_CRST2ENABLE2COM_RST2
CYCLE1ILP_COU1
MAN_CYC1MAN_DIS1MAN_CRST1ENABLE1COM_RST1
ALP_NBRGLP_NBR
EX03
CYCLE
COM_RST
Bild 1-15 Schaltbild und Parameter der Funktion EX03 (Darstellung ohne
Streckensimulationsbausteine)
Beispiel in Betrieb nehmen Passen Sie die Konfiguration des Hardwareaufbaus aus dem Beispiel mit der "Gerätekonfiguration" an Ihre reale Anlage an. Wählen Sie die passende CPU (Rechtsklick auf die "Nicht spezifizierte CPU" -> "Geräte tauschen...") und stellen Sie dann die Zykluszeit des OB35 auf 100 ms (Standardeinstellung) ein. Sollte in der Weckalarmebene ein Zeitfehler auftreten, müssen Sie die Zykluszeit vergrößern. In diesem Fall wird dann die Simulation langsamer ablaufen. Wenn Sie am realen Prozess regeln, müssen die Zykluszeit des OB35 und die Abtastzeit CYCLE der Funktion EX03 übereinstimmen. Laden Sie mit dem TIA-Portal das Beispiel in die CPU. Öffnen Sie im Ordner "Technologieobjekte" die Inbetriebnahmeoberfläche des Technologieobjekts CONTROL_C (Führungsregler) und führen Sie die Inbetriebnahme wie in der Online-Hilfe beschrieben durch. Über die Inbetriebnahmeoberfläche des Technologieobjekts CONTROL_S (Folgeregler) kann der Folgeregelkreis unabhängig vom Führungsregler bedient werden. Zur Bedienung des Beispiels ist dies jedoch nicht nötig.
Standard PID Control 1.4 Example04: Impulsregler
Beispielprojekte SIMATIC PID Professional Anwendungsbeispiele, 01/2012, A5E03806703-01 19
1.4 Example04: Impulsregler
Anwendung Das Beispiel Example04 umfasst einen Impulsregler (PID_CP) mit positivem und negativem Ausgang in Verbindung mit einer simulierten Regelstrecke, die aus einem Verzögerungsglied dritter Ordnung (PT3) besteht.
Mit Hilfe des Beispiels Example04 ist es möglich, auf einfache Weise einen Impulsregler zu generieren und diesen in allen Eigenschaften im Zusammenspiel mit einer typischen Streckenanordnung zu parametrieren und zu erproben.
Das Beispiel ermöglicht es, die Arbeitsweise und Konfiguration von Reglern mit binären Impulsausgängen, wie sie bei der Regelung von Strecken mit proportional wirkenden Stellgliedern eingesetzt werden, leicht zu verstehen. Solche Regler kommen z. B. bei Temperaturstrecken mit elektrischer Heizung zum Einsatz. Es ist deshalb auch für Einführungszwecke bzw. Schulungszwecke anwendbar.
Funktionen von Example04 Das Beispiel Example04 setzt sich im Wesentlichen aus den beiden Funktionsbausteinen PID_CP (FB 1) und PROC_CP (FB 100) zusammen. PID_CP verkörpert dabei den verwendeten Impulsregler, und PROC_CP simuliert eine Regelstrecke mit Ausgleich dritter Ordnung.
Regelstrecke
PID-Regler
PV - QNEG_P
QPOS_P
PT3
Standard PID Control
SP
PID_CP
Bild 1-16 Regelkreis des Beispiel Example04
Standard PID Control 1.4 Example04: Impulsregler
Beispielprojekte SIMATIC PID Professional 20 Anwendungsbeispiele, 01/2012, A5E03806703-01
Der Funktionsbaustein PROC_CP bildet eine Reihenschaltung aus drei Verzögerungsgliedern 1. Ordnung nach. Als Eingangssignal der Regelstrecke wirken nicht nur die Impulseingänge POS_P und NEG_P, sondern es wirkt als zusätzliches Eingangssignal die Störgröße DISV, sodass an dieser Stelle Streckenstörungen manuell aufgeschaltet werden können. Über den Faktor GAIN lässt sich die statische Streckenverstärkung bestimmen.
QNEG_P
QPOS_P GAINDISV
OUTV
TM_LAG3TM_LAG2TM_LAG1
0.0
-100.0
0.0
100.0
Bild 1-17 Aufbau und Parameter des Strecken–Bausteins PROC_CP
Bausteinstruktur Das Beispiel Example04 ist aus der Funktion EX04, die die Bausteine für den Regler und die simulierte Strecke umfasst, sowie aus den Aufrufbausteinen für Neustart (OB 100) und einer Weckalarmebene (OB 35 mit 100 ms Zeittakt) zusammengesetzt.
Tabelle 1- 6 Bausteine des Beispiels Example04
Baustein Name (in der Symbolleiste)
Beschreibung
OB 100 RESTART Neustart–OB OB 35 CYC_INT1 Zeitgesteuerter OB: 100 ms FC 100 EX04 Beispiel 4 FB 1 PID_CP Kontinuierlicher PID–Regler mit Impulsformer FB 100 PROC_CP Strecke für kontinuierlichen Regler mit Impulseingängen DB 100 PROCESS Instanz–DB zu PROC_C DB 101 CONTROL Instanz–DB zu PID_CP
Standard PID Control 1.4 Example04: Impulsregler
Beispielprojekte SIMATIC PID Professional Anwendungsbeispiele, 01/2012, A5E03806703-01 21
Die beiden Funktionsbausteine sind die Instanz–Datenbausteine PROCESS DB 100 für die Strecke und CONTROL DB 101 für den Regler zugeordnet.
PROC_C
T#100 ms
FALSE
T#100 ms
CYCLECOM_RST
TRUE
EX04
PID_CP
OB 100
OB 35(100 ms)
Bild 1-18 Bausteine des Beispiels Example04: Verschaltung und Aufruf
Die Parameter des Streckenmodells Die Parameter des Reglerbausteins PID_CP und ihre Bedeutung sind in der Online-Hilfe beschrieben. Die Parameter des Streckenbausteins PROC_CP sind in der folgenden Tabelle aufgelistet.
Tabelle 1- 7 Parameter des Streckenbausteins "PROC_CP" (DB 100: FB 100)
Parameter Typ Wertebereich Beschreibung DISV REAL Störgröße GAIN REAL Streckenverstärkungsfaktor TM_LAG1 TIME ≥ CYCLE/2 Verzögerungszeit 1 TM_LAG2 TIME ≥ CYCLE/2 Verzögerungszeit 2 TM_LAG3 TIME ≥ CYCLE/2 Verzögerungszeit 3 POS_P BOOL Positiver Impuls NEG_P BOOL Negativer Impuls COM_RST BOOL Neustart CYCLE TIME ≥ 1ms Abtastzeit OUTV REAL Ausgangsgröße
Standard PID Control 1.4 Example04: Impulsregler
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Verschaltung und Aufruf von Example04 Wie der kontinuierliche Regler über die Funktion EX04 intern mit dem Streckenmodell zu einem Regelkreis verschaltet ist, geht aus nachfolgendem Bild hervor.
QNEG_P NEG_P
PROC_CP
OUTVPOS_P
CYCLECOM_RST
PID_CP
QPOS_PPV_IN
CYCLE_PCOM_RST
EX04
CYCLE
COM_RST
Bild 1-19 Verschaltung und Aufruf der Funktion EX04
Parameter der Modellregelstrecke für kontinuierliche Regler Das nachfolgende Bild zeigt das Funktionsschema und die Parameter der Regelstrecke.
Bei Neustart bzw. Wiederanlauf verhält sich die Regelung, wie in der Online-Hilfe beschrieben.
REAL
TIMEBOOL
BOOLNEG_P FALSEBOOL
REAL
REAL
TIMETIMETIME
OUTV
FALSE
T#10sT#10sT#10s
TM_LAG3TM_LAG2TM_LAG1
POS_PDISV
GAINCYCLECOM_RST
*) *)
FALSE
T#1s
PROC_CP
0.0
0.0
0.0
Bild 1-20 Funktionsschema und Parameter des Streckenmodells PROC_CP
*) Vorbelegung bei Neuerstellung des Instanz-DB
Standard PID Control 1.4 Example04: Impulsregler
Beispielprojekte SIMATIC PID Professional Anwendungsbeispiele, 01/2012, A5E03806703-01 23
Parameter und Sprungantwort Anhand einer konkreten Parametrierung eines kontinuierlichen Reglers mit PID-Wirkung wird die Reaktion eines Regelkreises mit simulierter PT–Regelstrecke 3. Ordnung gezeigt. Die eingestellten Streckenparameter mit jeweils 10 s Verzögerungszeit realisieren eine schnellere Regelstrecke, als es bei einer Temperaturregelung in der Praxis entspricht. Anhand der relativ schnellen Strecke lässt sich jedoch die Funktion des Reglers schneller testen. Durch Änderung der Verzögerungszeitkonstanten kann die Eigenschaft der simulierten Strecke jedoch einfach an eine reale Regelstrecke angenähert werden.
Das nachfolgende Bild zeigt das Übergangs– und Einschwingverhalten des geschlossenen Regelkreises nach einer Reihe von Sollwertänderungen von jeweils 20 % des Messbereichs. Dabei ist die kontinuierliche Stellgröße des Reglers abgebildet, nicht die Impulsausgänge. Die Tabelle enthält die aktuell eingestellten Werte der relevanten Parameter für Regler und Strecke.
Parameter Typ Parametrierung Beschreibung Regler: CYCLE TIME 1s Abtastzeit des Reglers CYCLE_P TIME 100ms Abtastzeit GAIN REAL 1.535 Proportionalbeiwert TI TIME 22.720s Integrationszeit TD TIME 5.974s Differenzierzeit TM_LAG TIME 1.195s Verzögerungszeit des D–Anteils Regelstrecke: GAIN REAL 1.5 Streckenverstärkung TM_LAG1 TIME 10s Verzögerungszeit 1 TM_LAG2 TIME 10s Verzögerungszeit 2 TM_LAG3 TIME 10s Verzögerungszeit 3
Bild 1-21 Regelung mit kontinuierlichem Regler mit Impulsausgängen und Sollwertsprüngen über
den ganzen Messbereich
Standard PID Control 1.4 Example04: Impulsregler
Beispielprojekte SIMATIC PID Professional 24 Anwendungsbeispiele, 01/2012, A5E03806703-01
Beispiel in Betrieb nehmen Passen Sie die Konfiguration des Hardwareaufbaus aus dem Beispiel mit der Gerätekonfiguration" an Ihre reale Anlage an. Wählen Sie die passende CPU (Rechtsklick auf die "Nicht spezifizierte CPU" -> "Geräte tauschen...") und stellen Sie dann die Zykluszeit des OB35 auf 100ms (Standardeinstellung) ein. Sollte in der Weckalarmebene ein Zeitfehler auftreten, müssen Sie die Zykluszeit vergrößern. In diesem Fall wird dann die Simulation langsamer ablaufen. Wenn Sie am realen Prozess regeln, müssen die Zykluszeit des OB35 und die Abtastzeit CYCLE der Funktion EX04 übereinstimmen. Laden Sie mit dem TIA-Portal das Beispiel in die CPU. Öffnen Sie im Ordner "Technologieobjekte" die Inbetriebnahmeoberfläche des Technologieobjekts CONTROL und führen Sie die Inbetriebnahme wie in der Online-Hilfe beschrieben durch.
Standard PID Control 1.5 Example05: Kontinuierlichen Regler mit dem PID Self-Tuner optimieren
Beispielprojekte SIMATIC PID Professional Anwendungsbeispiele, 01/2012, A5E03806703-01 25
1.5 Example05: Kontinuierlichen Regler mit dem PID Self-Tuner optimieren
Übersicht Dieses Beispiel enthält einen einfachen Regelkreis, der aus einem PID-Regler und einem VZ2-Glied als modellhafte Strecke für einen Temperaturprozess besteht. Es ist ein Beispiel für die Anwendung des Self-Tuners in Verbindung mit einem kontinuierlichen PID-Regler.
-
LMNPROC_CTUN_CON_C
PVSP
Bild 1-22 Regelkreis des Beispiels Example05
Programmaufbau Der Baustein IDB_TUN_CON_C ist ein Instanz-DB vom FB TUN_CON_C, der die Aufrufe von Self-Tuner und Regler enthält. Der FB TUN_CON_C und die Streckensimulation FB PROC_C werden im OB35 aufgerufen.
Streckenbaustein für die Simulation eines Temperaturprozesses Der Baustein simuliert einen Prozess mit einem Verzögerungsglied dritter Ordnung. Für Temperaturprozesse wählen Sie VZ2-Verhalten mit einer großen und einer kleinen Zeitkonstanten (TM_LAG1 = 15 × TM_LAG2 und TM_LAG3 = 0s).
Bild 1-23 Blockschaltbild der Regelstrecke
Parameter INV Eingangsgröße (Stellwert des Reglers) DISV Störgröße GAIN Prozessverstärkung TM_LAG1 Verzögerungszeit 1 ( bei Temperaturprozessen: TM_LAG2 Verzögerungszeit 2 (TM_LAG1 = 15 × TM_LAG2) TM_LAG3 Verzögerungszeit 3 ( = 0 bei Temperaturprozessen) OUTV Ausgangsgröße (z. B. Temperatur)
Nach der Addition des analogen Eingangssignals und einer Störgröße und anschließender Multiplikation mit der Prozessverstärkung werden drei Verzögerungsglieder 1. Ordnung durchlaufen.
Bei Initialisierung wird die Ausgangsgröße auf OUTV = DISV × GAIN gesetzt.
Standard PID Control 1.5 Example05: Kontinuierlichen Regler mit dem PID Self-Tuner optimieren
Beispielprojekte SIMATIC PID Professional 26 Anwendungsbeispiele, 01/2012, A5E03806703-01
Bedienung und Beobachtung Die Bedienung des Beispiels erfolgt über die Inbetriebnahmeoberfläche des Self-Tuners und ist in dessen Online-Hilfe beschrieben. Die Inbetriebnahmeoberfläche finden Sie im Ordner "Technologieobjekte" bei dem Technologieobjekt "tuner".
Beispiel in Betrieb nehmen Passen Sie die Konfiguration des Hardwareaufbaus aus dem Beispiel mit der "Gerätekonfiguration" an Ihre reale Anlage an. Wählen Sie die passende CPU (Rechtsklick auf die "Nicht spezifizierte CPU" -> "Geräte tauschen...") und stellen Sie dann die Zykluszeit des OB35 auf 100ms ein (Standardeinstellung). Sollte in der Weckalarmebene ein Zeitfehler auftreten, müssen Sie die Zykluszeit vergrößern. In diesem Fall wird dann die Simulation langsamer ablaufen. Wenn Sie am realen Prozess regeln, muss die Zykluszeit des OB35 mit der Abtastzeit IDB_TUN_CON_C.CYCLE_P übereinstimmen. Laden Sie mit dem TIA-Portal das Beispiel in die CPU. Öffnen Sie im Ordner "Technologieobjekte" die Inbetriebnahmeoberfläche des Technologieobjekts "tuner" und führen Sie die Inbetriebnahme wie in der Online-Hilfe beschrieben durch.
Standard PID Control 1.6 Example06: Schrittregler mit dem PID Self-Tuner optimieren
Beispielprojekte SIMATIC PID Professional Anwendungsbeispiele, 01/2012, A5E03806703-01 27
1.6 Example06: Schrittregler mit dem PID Self-Tuner optimieren
Übersicht Das Beispiel enthält einen einfachen Regelkreis aus PID-Schrittregler und einem VZ2-Glied mit einem integrierenden Stellglied als modellhafte Strecke für einen Temperaturprozess. Es ist ein Beispiel für die Anwendung des Self-Tuners in Verbindung mit einem PID-Schritt-regler.
-QLMNDN
QLMNUPPROC_STUN_CON_S
PVSP
Bild 1-24 Regelkreis des Beispiels Example06
Programmaufbau Der Baustein IDB_TUN_CON_S ist ein Instanz-DB vom FB TUN_CON_S, der die Aufrufe von Self-Tuner und Regler enthält. Der FB TUN_CON_S und die Streckensimulation FB PROC_S werden im OB35 aufgerufen.
Streckenbaustein für die Simulation eines Temperaturprozesses Der Baustein simuliert einen Prozess mit einem Verzögerungsglied dritter Ordnung. Für Temperaturprozesse wählen Sie VZ2-Verhalten mit einer großen und einer kleinen Zeitkonstanten (TM_LAG1 = 15 × TM_LAG2 und TM_LAG3 = 0 s).
Bild 1-25 Blockschaltbild der Regelstrecke
Standard PID Control 1.6 Example06: Schrittregler mit dem PID Self-Tuner optimieren
Beispielprojekte SIMATIC PID Professional 28 Anwendungsbeispiele, 01/2012, A5E03806703-01
Parameter INV_UP Stellwertsignal auf INV_DOWN Stellwertsignal zu DISV Störgröße GAIN Prozessverstärkung MTR_TM Stellgliedlaufzeit LMNR_HLM Stellglied Obergrenze LMNR_LLM Stellglied Untergrenze TM_LAG1 Verzögerungszeit 1 TM_LAG2 Verzögerungszeit 2
(bei Temperaturprozessen: TM_LAG1 = 15 × TM_LAG2)
TM_LAG3 Verzögerungszeit 3 ( = 0 bei Temperaturprozessen)
OUTV Ausgangsgröße (z. B. Temperatur) LMNR Stellungsrückmeldung QLMNR_HS oberes Anschlagsignal QLMNR_LS unteres Anschlagsignal
Abhängig von den Eingangssignalen INV_UP und INV_DOWN wird die Stellungsrückmeldung LMNR mittels eines Integrierers berechnet. Die Stellungsrückmeldung wird auf LMNR_HLM und LMNR_LLM begrenzt. Bei Erreichen der Grenze werden die Anschlagssignale QLMNR_HS bzw. QLMNR_LS gesetzt.
Nach der Addition einer Störgröße und anschließender Multiplikation mit der Prozessverstärkung werden drei Verzögerungsglieder 1. Ordnung durchlaufen.
Bei Initialisierung werden die Ausgangsgrößen OUTV und LMNR auf Null gesetzt.
Bedienung und Beobachtung Die Bedienung des Beispiels erfolgt über die Inbetriebnahmeoberfläche des Self-Tuners und ist in dessen Online-Hilfe beschrieben. Die Inbetriebnahmeoberfläche finden Sie im Ordner "Technologieobjekte" bei dem Technologieobjekt "tuner".
Beispiel in Betrieb nehmen Passen Sie die Konfiguration des Hardwareaufbaus aus dem Beispiel mit der "Gerätekonfiguration" an Ihre reale Anlage an. Wählen Sie die passende CPU (Rechtsklick auf die "Nicht spezifizierte CPU" -> "Geräte tauschen...") und stellen Sie dann die Zykluszeit des OB35 auf 20 ms ein. Sollte in der Weckalarmebene ein Zeitfehler auftreten, müssen Sie die Zykluszeit vergrößern. In diesem Fall wird dann die Simulation langsamer ablaufen. Wenn Sie am realen Prozess regeln, müssen die Zykluszeit des OB35 und die Abtastzeit IDB_TUN_CON_S.CYCLE_P übereinstimmen. Laden Sie mit dem TIA-Portal das Beispiel in die CPU. Öffnen Sie im Ordner "Technologieobjekte" die Inbetriebnahmeoberfläche des Technologieobjekts "tuner" und führen Sie die Inbetriebnahme wie in der Online-Hilfe beschrieben durch.
Standard PID Control 1.7 Example07: Impulsregler mit dem PID Self-Tuner optimieren
Beispielprojekte SIMATIC PID Professional Anwendungsbeispiele, 01/2012, A5E03806703-01 29
1.7 Example07: Impulsregler mit dem PID Self-Tuner optimieren
Übersicht Das Beispiel enthält einen einfachen Regelkreis, der aus einem PID-Regler mit Impulsbildung und einem VZ2-Glied als modellhafte Strecke für einen Temperaturprozess besteht. Es ist ein Beispiel für die Anwendung des Self-Tuners in Verbindung mit einem kontinuierlichen PID-Regler mit Impulsbildung.
-QNEG_P
QPOS_PPROC_HCPTUN_CON_P
PVSP
Bild 1-26 Regelkreis des Beispiels Example07
Programmaufbau Der Baustein IDB_TUN_CON_P ist ein Instanz-DB vom FB TUN_CON_P, der die Aufrufe von Self-Tuner und Regler enthält. Der FB TUN_CON_P und die Streckensimulation FB PROC_HCP werden im OB35 aufgerufen.
Streckenbaustein für die Simulation einer Temperaturheizzone Der Baustein simuliert einen typischen Temperaturprozess für Heizen und Kühlen, wie er als Regelzone in einem Extruder, einer Spritzgießmaschine, einer Tempermaschine oder als separater Ofen in der Praxis vorkommen kann.
OUTV
TM_LAG2_CTM_LAG1_C
TM_LAG2_HTM_LAG1_H
DISV_OUT
GAIN_CDISV_C
GAIN_HDISV_H
0-100
0100
NEG_P
POS_P
Bild 1-27 Blockschaltbild der Regelstrecke
Standard PID Control 1.7 Example07: Impulsregler mit dem PID Self-Tuner optimieren
Beispielprojekte SIMATIC PID Professional 30 Anwendungsbeispiele, 01/2012, A5E03806703-01
Parameter POS_P binäres Eingangssignal Heizen NEG_P binäres Eingangssignal Kühlen DISV_H Störgröße Heizen DISV_C Störgröße Kühlen DISV_OUT Störgröße am Ausgang (z. B. Umgebungstemperatur) GAIN_H Prozessverstärkung Heizen GAIN_C Prozessverstärkung Kühlen TM_LAG1_H Verzögerungszeit 1 Heizen TM_LAG2_H Verzögerungszeit 2 Heizen TM_LAG1_C Verzögerungszeit 1 Kühlen TM_LAG2_C Verzögerungszeit 2 Kühlen OUTV Ausgangsgröße (z. B. Temperatur der Regelzone)
Die binären Eingangssignale werden in kontinuierliche Gleitpunktwerte (-100, 0, 100) umgesetzt. Nach Addition einer Störgröße (z. B. Umgebungstemperatur) und anschließender Multiplikation mit der Prozessverstärkung werden die zwei Verzögerungsglieder 1. Ordnung durchlaufen. Dieser Vorgang wird für Heizen und Kühlen separat durchgeführt.
Bei Initialisierung wird die Ausgangsgröße auf OUTV = DISV_H × GAIN_H - DISV_C × GAIN_C + DISV_OUT gesetzt.
Bedienung und Beobachtung Die Bedienung des Beispiels erfolgt über die Inbetriebnahmeoberfläche des Self-Tuners und ist in dessen Online-Hilfe beschrieben. Die Inbetriebnahmeoberfläche finden Sie im Ordner "Technologieobjekte" bei dem Technologieobjekt "tuner".
Beispiel in Betrieb nehmen Passen Sie die Konfiguration des Hardwareaufbaus aus dem Beispiel mit der "Gerätekonfiguration" an Ihre reale Anlage an. Wählen Sie die passende CPU (Rechtsklick auf die "Nicht spezifizierte CPU" -> "Geräte tauschen...") und stellen Sie dann die Zykluszeit des OB35 auf 20 ms ein. Sollte in der Weckalarmebene ein Zeitfehler auftreten, müssen Sie die Zykluszeit vergrößern. In diesem Fall wird dann die Simulation langsamer ablaufen. Wenn Sie am realen Prozess regeln, müssen die Zykluszeit des OB35 und die Abtastzeit IDB_TUN_CON_P.CYCLE_P übereinstimmen.
Laden Sie mit dem TIA-Portal das Beispiel in die CPU.
Öffnen Sie im Ordner "Technologieobjekte" die Inbetriebnahmeoberfläche des Technologieobjekts "tuner" und führen Sie die Inbetriebnahme wie in der Online-Hilfe beschrieben durch.
Beispielprojekte SIMATIC PID Professional Anwendungsbeispiele, 01/2012, A5E03806703-01 31
Modular PID Control 22.1 Example08: Schrittregler
2.1.1 Übersicht
Regelkreis Das Beispiel Example08 besteht aus einem PID-Schrittregler (Festwertregler mit schaltendem Ausgang für integrierende Stellglieder) und einer simulierten Regelstrecke.
Das folgende Bild zeigt den kompletten Regelkreis des Beispiels Example08.
Stellungsrückmeldung
Anschlagsignale
RegelstreckeSchrittregler-
PV
PROC_SPID-SP
Bild 2-1 Regelkreis des Beispiels Example08
Modular PID Control 2.1 Example08: Schrittregler
Beispielprojekte SIMATIC PID Professional 32 Anwendungsbeispiele, 01/2012, A5E03806703-01
Bausteinaufruf und Verschaltung Das folgende Bild zeigt den Bausteinaufruf und die Verschaltung des Beispiels Example08.
DI1_CRP_IN.STARTVAL LMNROUTV
QLMNR_LSQLMNR_HS
INV_DOWNINV_UP
CYCLECOM_RST
PROC_S
QLMNDNQLMNUP
CYCLE
DI2_CRP_IN.STARTVAL
LMNR_LSLMNR_HS
COM_RST
PIDCTR_SCYCLE
COM_RST
EX08
T# 100msFALSE (OB35)TRUE (OB100)
CYCLECOM_RST
EX08
OB35 (100ms) OB100
Bild 2-2 Bausteinaufruf und Verschaltung des Beispiels Example08
Modular PID Control 2.1 Example08: Schrittregler
Beispielprojekte SIMATIC PID Professional Anwendungsbeispiele, 01/2012, A5E03806703-01 33
2.1.2 PIDCTR_S: Festwertregler mit schaltendem Ausgang für integrierende Stellglieder
Anwendungsbereich Der Baustein PIDCTR_S realisiert einen PID-Schrittregler für integrierende Stellglieder (z. B. motorgetriebene Stellventile in verfahrenstechnischen Prozessen). Das folgende Bild zeigt die Bausteinverschaltung des PIDCTR_S.
Bild 2-3 Bausteinverschaltung des PIDCTR_S
Modular PID Control 2.1 Example08: Schrittregler
Beispielprojekte SIMATIC PID Professional 34 Anwendungsbeispiele, 01/2012, A5E03806703-01
Funktionsbeschreibung Der Sollwertgenerator SP_GEN gibt den Sollwert vor, dessen Steigung vom Hochlaufgeber ROC_LIM begrenzt wird. Der Peripherie–Istwert wird mittels CRP_IN in einen Gleitpunktwert gewandelt und durch den Grenzwertmelder LIMALARM auf voreingestellte Grenzwerte überwacht. Die Regeldifferenz wird über ein Totbandglied DEADBAND auf den PID-Algorithmus PID geführt. Die Stellungsrückmeldung wird über einen zweiten CRP_IN–Baustein eingelesen. Der Stellwertverarbeitungsbaustein LMNGEN_S setzt die Ausgangssignale QLMNUP und QLMNDN.
Neustart Bei Neustart wird jeder Einzelbaustein aufgerufen. Einzelbausteine mit Neustartroutine werden in ihrer Neustartroutine aufgerufen.
Modular PID Control 2.1 Example08: Schrittregler
Beispielprojekte SIMATIC PID Professional Anwendungsbeispiele, 01/2012, A5E03806703-01 35
2.1.3 PROC_S: Regelstrecke für Schrittregler
Anwendungsbereich Der Baustein PROC_S simuliert ein integrierendes Stellventil mit einer Verzögerungsstrecke 3. Ordnung.
Das folgende Bild zeigt das Blockschaltbild des PROC_S.
Bild 2-4 Blockschaltbild des PROC_S
Funktionsbeschreibung Der Baustein bildet eine Reihenschaltung von einem integrierenden Stellventil und drei Verzögerungsgliedern 1. Ordnung nach. Zum Ausgang des Stellventils wird immer die Störgröße DISV hinzuaddiert. Die Motorstellzeit MTR_TM ist die Zeit, die das Ventil von Anschlag zu Anschlag benötigt.
Neustart Bei Neustart werden sowohl die Ausgangsgröße OUTV als auch die internen Speichergrößen alle auf 0 gesetzt.
Modular PID Control 2.1 Example08: Schrittregler
Beispielprojekte SIMATIC PID Professional 36 Anwendungsbeispiele, 01/2012, A5E03806703-01
2.1.4 Beispiel in Betrieb nehmen Passen Sie die Konfiguration des Hardwareaufbaus aus dem Beispiel mit der "Gerätekonfiguration" an Ihre reale Anlage an. Wählen Sie die passende CPU (Rechtsklick auf die "Nicht spezifizierte CPU" -> "Geräte tauschen...") und stellen Sie dann die Zykluszeit des OB35 auf 100ms (Standardeinstellung) ein. Sollte in der Weckalarmebene ein Zeitfehler auftreten, müssen Sie die Zykluszeit vergrößern. In diesem Fall wird dann die Simulation langsamer ablaufen. Wenn Sie am realen Prozess regeln, müssen die Zykluszeit des OB 35 und die Abtastzeit CYCLE der Funktion EX08 übereinstimmen. Laden Sie mit dem TIA-Portal das Beispiel in die CPU. Mit der im Beispiel enthaltenen Beobachtungstabelle können Sie dann die Regelung bedienen. Deaktivieren Sie den Handbetrieb, indem Sie DI_PIDCTR_S.DI_LMNGEN_S.MAN_ON=FALSE setzen. Am Parameter DI_PIDCTR_S.SP_IN können Sie direkt einen Sollwert vorgeben. Wenn Sie stattdessen den Sollwertgenerator nutzen möchten, setzen Sie DI_PIDCTR_S.DI_SP_GEN.DFOUT_ON=FALSE. Dann können Sie über die Eingangsparameter OUTVUP bzw. OUTVDN des Sollwertgenerators den Sollwert kontinuierlich vergrößern bzw. verkleinern. Am Parameter DI_PIDCTR_S.DI1_CRP_IN.OUTV können Sie den Istwert und an den Parametern DI_PIDCTR_S.QLMNUP und DI_PIDCTR_S.QLMNDN die Stellsignale beobachten.
Modular PID Control 2.2 Example09: Kontinuierlicher Regler
Beispielprojekte SIMATIC PID Professional Anwendungsbeispiele, 01/2012, A5E03806703-01 37
2.2 Example09: Kontinuierlicher Regler
2.2.1 Übersicht
Regelkreis Das Beispiel Example09 besteht aus einem kontinuierlichen PID-Regler und einer simulierten Regelstrecke. In diesem Beispiel wurde die Streckensimulation um ein Totzeitglied erweitert. Diese ist mit dem Funktionsbaustein DEAD_T realisiert, der den globalen Datenbaustein DB_DEADT zur Zwischenspeicherung nutzt. Wenn Sie das Totzeitglied unwirksam machen möchten, verschalten Sie im EX09 DI_PIDCTR_C.DI_LMNGEN_C.LMN direkt mit DI_PROC_C.INV. Das folgende Bild zeigt den kompletten Regelkreis des Beispiels Example09.
Regelstrecke
-Regler
Kontinuierlicher DEAD_T PROC_C
PV
SP -LMN
PID
Bild 2-5 Regelkreis des Beispiels Example09
Bausteinaufruf und Verschaltung Das folgende Bild zeigt den Bausteinaufruf und die Verschaltung des Beispiels Example09.
DEAD_T
T#1SDB_DEADT DB_NBR
DEAD_TMINV
CYCLECOM_RST
OUTVOUTV
INVDI_CRP_IN.STARTVAL
PROC_C
DI_LMNGEN_C.LMN
PIDCTR_C
EX09
EX09FALSE (OB35)
CYCLE
CYCLE CYCLE
CYCLE
COM_RST
COM_RSTCOM_RST
COM_RSTT#100ms
TRUE (OB100)
OB35 (100ms)OB100
Bild 2-6 Bausteinaufruf und Verschaltung des Beispiels Example09
Modular PID Control 2.2 Example09: Kontinuierlicher Regler
Beispielprojekte SIMATIC PID Professional 38 Anwendungsbeispiele, 01/2012, A5E03806703-01
2.2.2 PIDCTR_C: Festwertregler mit kontinuierlichem Ausgang
Anwendungsbereich Der Baustein PIDCTR_C realisiert einen PID-Regler für kontinuierliche Stellglieder. Das folgende Bild zeigt die Bausteinverschaltung des PIDCTR_C.
Bild 2-7 Bausteinverschaltung des PIDCTR_C
Modular PID Control 2.2 Example09: Kontinuierlicher Regler
Beispielprojekte SIMATIC PID Professional Anwendungsbeispiele, 01/2012, A5E03806703-01 39
Funktionsbeschreibung Der Sollwertgenerator SP_GEN gibt den Sollwert vor, dessen Steigung vom Hochlaufgeber ROC_LIM begrenzt wird. Der Peripherie-Istwert wird mittels CRP_IN in einen Gleitpunktwert gewandelt und durch den Grenzwertmelder LIMALARM auf voreingestellte Grenzwerte überwacht. Die Regeldifferenz wird auf den PID-Algorithmus PID geführt. Der Stellwertverarbeitungsbaustein LMNGEN_C bildet die analoge Stellgröße LMN, die sich mit CRP_OUT in das Peripherieformat wandelt.
Neustart Bei Neustart wird jeder Einzelbaustein aufgerufen. Einzelbausteine mit Neustartroutine werden in ihrer Neustartroutine aufgerufen.
Modular PID Control 2.2 Example09: Kontinuierlicher Regler
Beispielprojekte SIMATIC PID Professional 40 Anwendungsbeispiele, 01/2012, A5E03806703-01
2.2.3 PROC_C: Regelstrecke für kontinuierlichen Regler
Anwendungsbereich Der Baustein PROC_C simuliert eine Verzögerungsstrecke 3. Ordnung.
Das folgende Bild zeigt das Blockschaltbild des PROC_C.
Bild 2-8 Blockschaltbild des PROC_C
Funktionsbeschreibung Der Baustein bildet eine Reihenschaltung von 3 Verzögerungsgliedern 1. Ordnung. Zum Eingang INV wird immer die Störgröße DISV hinzuaddiert.
Neustart Bei Neustart werden sowohl die Ausgangsgröße OUTV als auch die internen Speichergrößen alle auf 0 gesetzt.
2.2.4 Beispiel in Betrieb nehmen Passen Sie die Konfiguration des Hardwareaufbaus aus dem Beispiel mit der "Gerätekonfiguration" an Ihre reale Anlage an. Wählen Sie die passende CPU (Rechtsklick auf die "Nicht spezifizierte CPU" ->"Geräte tauschen...") und stellen Sie dann die Zykluszeit des OB35 auf 100 ms (Standardeinstellung) ein. Sollte in der Weckalarmebene ein Zeitfehler auftreten, müssen Sie die Zykluszeit vergrößern. In diesem Fall wird dann die Simulation langsamer ablaufen. Wenn Sie am realen Prozess regeln, müssen die Zykluszeit des OB35 und die Abtastzeit CYCLE der Funktion EX09 übereinstimmen. Laden Sie mit dem TIA-Portal das Beispiel in die CPU. Mit der im Beispiel enthaltenen Beobachtungstabelle können Sie dann die Regelung bedienen. Deaktivieren Sie den Handbetrieb, indem Sie DI_PIDCTR_C.DI_LMNGEN_C.MAN_ON=FALSE setzen. Am Parameter DI_PIDCTR_C.SP_IN können Sie direkt einen Sollwert vorgeben. Wenn Sie stattdessen den Sollwertgenerator nutzen möchten, setzen Sie DI_PIDCTR_C.DI_SP_GEN.DFOUT_ON=FALSE. Dann können Sie über die Eingangsparameter OUTVUP bzw. OUTVDN des Sollwertgebers den Sollwert kontinuierlich vergrößern bzw. verkleinern.
Am Parameter DI_PIDCTR_C.DI_CRP_IN.OUTV können Sie den Istwert und am Parameter DI_PIDCTR_C.DI_LMNGEN_C.LMN den Stellwert beobachten.
Modular PID Control 2.3 Example10: Impulsregler
Beispielprojekte SIMATIC PID Professional Anwendungsbeispiele, 01/2012, A5E03806703-01 41
2.3 Example10: Impulsregler
2.3.1 Übersicht
Regelkreis Das Beispiel Example10 besteht aus einem Impulsregler und einer simulierten Regelstrecke.
Das folgende Bild zeigt den kompletten Regelkreis des Beispiels Example10.
RegelstreckeImpulsregler
PV
SP -
DISV
QPOS_PPROC_P
Bild 2-9 Regelkreis des Beispiels Example10
Modular PID Control 2.3 Example10: Impulsregler
Beispielprojekte SIMATIC PID Professional 42 Anwendungsbeispiele, 01/2012, A5E03806703-01
Bausteinaufruf und Verschaltung Das folgende Bild zeigt den Bausteinaufruf und die Verschaltung des Beispiels Example10.
Hinweis
Die Zykluszeit des OB35 müssen Sie in der Gerätekonfiguration auf 10 ms einstellen nachdem Sie Ihre CPU ausgewählt haben.
20 ms
20 ms
4s
4s
20
FALSEFALSEFALSEFALSEFALSE
FALSEFALSEFALSEFALSEFALSE
LOOP_DAT[2].CYCLE
LOOP_DAT[1].CYCLE
LOOP_DAT[2].ILP_COU
LOOP_DAT[1].ILP_COU
LOOP_DAT[2].COM_RST
LOOP_DAT[1].COM_RST
LOOP_DAT[2].ENABLE
LOOP_DAT[1].ENABLE
LOOP_DAT[2].MAN_CRST
LOOP_DAT[1].MAN_CRST
LOOP_DAT[2].MAN_DIS
LOOP_DAT[1].MAN_DIS
LOOP_DAT[2].MAN_CYC
LOOP_DAT[1].MAN_CYCALP_NBRGLP_NBR
DB_LOOP
OUTVPOS_P
COM_RSTPROC_P
PULSEGEN_M
DI_CRP_IN.STARTVALLMN
PIDCTR
DB_LOOP DB_NBR
TM_BASECOM_RST
LP_SCHED_M
EX10
CYCLE
CYCLE
CYCLE
COM_RST
COM_RST
OB100OB35 (10 ms)
CYCLECOM_RST
T#10 msFalse (OB35)TRUE (OB100)
EX10
QPOS_P
INV
PER_TM
CYCLE
COM_RST
Bild 2-10 Bausteinaufruf und Verschaltung des Beispiels Example10
Modular PID Control 2.3 Example10: Impulsregler
Beispielprojekte SIMATIC PID Professional Anwendungsbeispiele, 01/2012, A5E03806703-01 43
2.3.2 PIDCTR: Führungsregler für kontinuierliche Regler mit Impulsformer
Anwendungsbereich Der Baustein PIDCTR realisiert einen PID-Regler mit kontinuierlichem Ausgang. Er wird zur Berechnung der analogen Stellgröße innerhalb eines Puls–Pause–Reglers verwendet. Des Weiteren kommt er als Führungsregler in Verhältnis–, Mischungsregelungen und in der Kaskadenregelung zum Einsatz. Das folgende Bild zeigt die Bausteinverschaltung des PIDCTR.
Bild 2-11 Bausteinverschaltung des PIDCTR
Funktionsbeschreibung Der Sollwertgenerator SP_GEN gibt den Sollwert vor, dessen Steigung vom Hochlaufgeber ROC_LIM begrenzt wird. Der Peripherie–Istwert wird mittels CRP_IN in einen Gleitpunktwert gewandelt und durch den Grenzwertmelder LIMALARM auf voreingestellte Grenzwerte überwacht. Die Regeldifferenz wird auf den PID-Algorithmus PID geführt. Der Stellwertverarbeitungsbaustein LMNGEN_C bildet die analoge Stellgröße LMN.
Neustart Bei Neustart wird jeder Einzelbaustein aufgerufen. Einzelbausteine mit Neustartroutine werden in ihrer Neustartroutine aufgerufen.
Modular PID Control 2.3 Example10: Impulsregler
Beispielprojekte SIMATIC PID Professional 44 Anwendungsbeispiele, 01/2012, A5E03806703-01
2.3.3 PROC_P: Regelstrecke für kontinuierlichen Regler mit Impulsformer
Anwendungsbereich Der Baustein PROC_P simuliert ein kontinuierliches Stellventil mit digitalem Eingang und einer Verzögerungsstrecke 3. Ordnung.
Das folgende Bild zeigt das Blockschaltbild des PROC_P.
Bild 2-12 Blockschaltbild des PROC_P
Funktionsbeschreibung Der Baustein wandelt die binären Eingangswerte der Pulsbreitenmodulation in kontinuierliche Analogwerte um und verzögert nach der Störgrößenaufschaltung das Ausgangssignal mit drei Verzögerungsgliedern 1. Ordnung.
Neustart Bei Neustart werden sowohl die Ausgangsgröße OUTV als auch die internen Speichergrößen alle auf 0 gesetzt.
Modular PID Control 2.3 Example10: Impulsregler
Beispielprojekte SIMATIC PID Professional Anwendungsbeispiele, 01/2012, A5E03806703-01 45
2.3.4 Beispiel in Betrieb nehmen Passen Sie die Konfiguration des Hardwareaufbaus aus dem Beispiel mit der "Gerätekonfiguration" an Ihre reale Anlage an. Wählen Sie die passende CPU (Rechtsklick auf die "Nicht spezifizierte CPU" -> "Geräte tauschen...") und stellen Sie dann die Zykluszeit des OB35 auf 10 ms ein. Sollte in der Weckalarmebene ein Zeitfehler auftreten, müssen Sie die Zykluszeit vergrößern. In diesem Fall wird dann die Simulation langsamer ablaufen. Wenn Sie am realen Prozess regeln, müssen die Zykluszeit des OB35 und die Abtastzeit CYCLE der Funktion EX10 übereinstimmen. Laden Sie mit dem TIA-Portal das Beispiel in die CPU. Mit der im Beispiel enthaltenen Beobachtungstabelle können Sie dann die Regelung bedienen. Deaktivieren Sie den Handbetrieb, indem Sie DI_PIDCTR.DI_LMNGEN_C.MAN_ON=FALSE setzen. Am Parameter DI_PIDCTR.SP_IN können Sie direkt einen Sollwert vorgeben. Wenn Sie stattdessen den Sollwertgenerator nutzen möchten, setzen Sie DI_PIDCTR.DI_SP_GEN.DFOUT_ON=FALSE. Dann können Sie über die Eingangsparameter OUTVUP bzw. OUTVDN des Sollwertgebers den Sollwert kontinuierlich vergrößern bzw. verkleinern. Am Parameter DI_PIDCTR.PV können Sie den Istwert und am Parameter DI_PIDCTR.LMN den Stellwert beobachten.
Modular PID Control 2.4 Example11: Einschleifiger Verhältnisregler
Beispielprojekte SIMATIC PID Professional 46 Anwendungsbeispiele, 01/2012, A5E03806703-01
2.4 Example11: Einschleifiger Verhältnisregler
2.4.1 Übersicht
Regelkreis Das Beispiel Example11 besteht aus einem einschleifigen Verhältnisregler und einer simulierten Regelstrecke. Als Streckensimulationsbaustein kommt PROC_C zum Einsatz. Dieser ist in Example09 beschrieben. In dem Beispiel wird mit dem Zeitplangeber RMP_SOAK der zeitabhängige Istwert PV1 simuliert, der vom Regler nicht beeinflusst werden kann. Der Zeitplan für den Istwert PV1 ist im globalen Datenbaustein DB_RMPSK hinterlegt. Der Ausgangswert dieses Zeitplangebers wird dann zusammen mit dem Istwert PV2 des Bausteins PROC_C zur Bildung des Istwerts PV verwendet. Das folgende Bild zeigt die Anwendung von Beispiel Example11 in einem kompletten Regelkreis.
RegelstreckeKontinuierlicher
Regler
RMP_SOAK
PROC_C
PV2PV1
LMNSP-
PV
Bild 2-13 Regelkreis des Beispiels Example11
Modular PID Control 2.4 Example11: Einschleifiger Verhältnisregler
Beispielprojekte SIMATIC PID Professional Anwendungsbeispiele, 01/2012, A5E03806703-01 47
Bausteinaufruf und Verschaltung Das folgende Bild zeigt den Bausteinaufruf des Beispiels Example11.
OUTVTRUETRUE
CYC_ONRMPSK_ONDB_NBRCYCLE
COM_RST
RMP_SOAK
DB_RMPSKDI_LMNGEN_C.LMN
DI1_CRP_IN.STARTVALOUTVINV
CYCLECOM_RST
PROC_C
CYCLE
DI2_CRP_IN.STARTVAL
COM_RST
RATIOCTR
CYCLE
COM_RST
EX11
T# 100msFALSE (OB35)TRUE (OB100)
CYCLECOM_RST
EX11
OB35 (100ms) OB100
Bild 2-14 Bausteinaufruf und Verschaltung des Beispiels Example11
Modular PID Control 2.4 Example11: Einschleifiger Verhältnisregler
Beispielprojekte SIMATIC PID Professional 48 Anwendungsbeispiele, 01/2012, A5E03806703-01
2.4.2 RATIOCTR: Einschleifiger Verhältnisregler
Anwendungsbereich Der Baustein RATIOCTR realisiert einen einschleifigen Verhältnisregler für kontinuierliche Stellglieder. Das folgende Bild zeigt die Bausteinverschaltung des RATIOCTR.
Bild 2-15 Bausteinverschaltung des RATIOCTR
Funktionsbeschreibung Der Verhältnissollwert wird am Eingangsparameter SP_RATIO vorgegeben. Die Peripherie–Istwerte PV_PER1 und PV_PER2 werden mittels CRP_IN in Gleitpunktwerte gewandelt und das Verhältnis gebildet. Der Gleitpunktwert von PV_PER2 wird durch LIMITER so begrenzt, dass keine Division durch Null möglich ist. Die Regeldifferenz wird auf den PID-Algorithmus PID geführt. Der Stellwertverarbeitungsbaustein LMNGEN_C bildet die analoge Stellgröße LMN, die mittels CRP_OUT in das Peripherieformat gewandelt wird.
Neustart Bei Neustart wird jeder Einzelbaustein aufgerufen. Einzelbausteine mit Neustartroutine werden in ihrer Neustartroutine aufgerufen.
Modular PID Control 2.4 Example11: Einschleifiger Verhältnisregler
Beispielprojekte SIMATIC PID Professional Anwendungsbeispiele, 01/2012, A5E03806703-01 49
2.4.3 Beispiel in Betrieb nehmen Passen Sie die Konfiguration des Hardwareaufbaus aus dem Beispiel mit der "Gerätekonfiguration" an Ihre reale Anlage an. Wählen Sie die passende CPU (Rechtsklick auf die "Nicht spezifizierte CPU" -> "Geräte tauschen…") und stellen Sie dann die Zykluszeit des OB35 auf 100 ms (Standardeinstellung) ein. Sollte in der Weckalarmebene ein Zeitfehler auftreten, müssen Sie die Zykluszeit vergrößern. In diesem Fall wird dann die Simulation langsamer ablaufen. Wenn Sie am realen Prozess regeln, müssen die Zykluszeit des OB35 und die Abtastzeit CYCLE der Funktion EX11 übereinstimmen. Laden Sie mit dem TIA-Portal das Beispiel in die CPU. Mit der im Beispiel enthaltenen Beobachtungstabelle können Sie dann die Regelung bedienen. Deaktivieren Sie den Handbetrieb, indem Sie DI_RATIOCTR.DI_LMNGEN_C.MAN_ON = FALSE setzen. Am Parameter DI_RATIOCTR.SP_RATIO können Sie direkt einen Verhältnis-Sollwert vorgeben. Dieser muss zwischen 0.75 und 3.0 liegen. Am Parameter DI_RATIOCTR.DI_ERR_MON.PV können Sie den Verhältnis-Istwert und am Parameter DI_RATIOCTR.DI_LMNGEN_C.LMN den Stellwert beobachten.
Modular PID Control 2.5 Example12: Mischungsregler
Beispielprojekte SIMATIC PID Professional 50 Anwendungsbeispiele, 01/2012, A5E03806703-01
2.5 Example12: Mischungsregler
2.5.1 Übersicht
Regelkreis Beispiel Example12 demonstriert einen Mischungsregler. Es besteht aus einem Führungsregler, drei Folgereglern und den zugehörigen simulierten Regelstrecken. Als Streckensimulationsbaustein kommt PROC_C zum Einsatz. Dieser ist in Example09 beschrieben. Als Führungsregler wird der Baustein PIDCTR aus Beispiel Example10 verwendet. Seine Funktionsweise ist dort beschrieben. Das folgende Bild zeigt die Anwendung von Beispiel Example12 in einem kompletten Regelkreis.
Regelstrecke
Regelstrecke
FolgereglerSkalierung
FolgereglerSkalierung
RegelstreckeFolgereglerSkalierungFührungs-
regler
DI3_PROC_C:PROC_C
DI2_PROC_C:PROC_C +
PVLMN-BLENDFAC
PVLMN-BLENDFAC
PVLMN-SP -
BLENDFACLMN
DI1_PROC_C:PROC_C
Bild 2-16 Regelkreis des Beispiels Example12
Modular PID Control 2.5 Example12: Mischungsregler
Beispielprojekte SIMATIC PID Professional Anwendungsbeispiele, 01/2012, A5E03806703-01 51
Bausteinaufruf und Verschaltung Das folgende Bild zeigt den Bausteinaufruf und die Verschaltung des Example12.
DI3_RB_CTR_C : RB_CTR_C
DI2_RB_CTR_C : RB_CTR_C
SP_IN
CYCLECOM_RST
LMN
SP_IN
CYCLECOM_RST
SP_IN
DI1_RB_CTR_C : RB_CTR_C
DI_PIDCTR : PIDCTR
CYCLECOM_RST
CYCLECOM_RST
LOOP_DAT[4].CYCLE
LOOP_DAT[2].CYCLE
LOOP_DAT[3].CYCLE
LOOP_DAT[1].CYCLE
LOOP_DAT[2].ILP_COU
LOOP_DAT[4].ILP_COU
LOOP_DAT[3].ILP_COU
LOOP_DAT[1].ILP_COU
LOOP_DAT[4].COM_RST
LOOP_DAT[3].COM_RST
LOOP_DAT[2].COM_RST
LOOP_DAT[1].COM_RST
LOOP_DAT[4].ENABLE
LOOP_DAT[3].ENABLE
LOOP_DAT[2].ENABLE
LOOP_DAT[1].ENABLE
LOOP_DAT[4].MAN_CRST
LOOP_DAT[3].MAN_CRST
LOOP_DAT[2].MAN_CRST
LOOP_DAT[1].MAN_CRST
LOOP_DAT[3].MAN_DIS
LOOP_DAT[4].MAN_DIS
LOOP_DAT[2].MAN_DIS
LOOP_DAT[1].MAN_DIS
LOOP_DAT[4].MAN_CYC
LOOP_DAT[3].MAN_CYC
LOOP_DAT[2].MAN_CYC
LOOP_DAT[1].MAN_CYC
DB_LOOP
ALP_NBR
FALSEFALSEFALSEFALSE
0
FALSEFALSEFALSEFALSE
0
FALSEFALSEFALSEFALSE
0
FALSEFALSEFALSE
800ms
800ms800ms
800ms800ms
800ms800ms
800msFALSE
GLP_NBR
0
04
CYCLECYCLE
DB_NBRDB_LOOP
LP_SCHED_MCOM_RST
COM_RST
EX12
EX12
OB35 (100ms)
COM_RSTCYCLET#100ms
FALSE (OB35)TRUE (OB100)
OB100
Bild 2-17 Bausteinaufruf und Verschaltung des Beispiels Example12 (Darstellung ohne
Streckensimulationsbausteine)
Modular PID Control 2.5 Example12: Mischungsregler
Beispielprojekte SIMATIC PID Professional 52 Anwendungsbeispiele, 01/2012, A5E03806703-01
2.5.2 RB_CTR_C: kontinuierlicher Folgeregler für mehrschleifige Verhältnis– oder Mischungsregelungen
Folgeregler Als Folgeregler wird der Baustein RB_CTR_C verwendet. Dieser Baustein ist ein kontinuierlicher PID-Regler, der als Folgeregler in einer mehrschleifigen Verhältnis– oder Mischungsregelung eingesetzt werden kann. Das folgende Bild zeigt die Bausteinverschaltung des RB_CTR_C.
Bild 2-18 Bausteinverschaltung des RB_CTR_C
Modular PID Control 2.5 Example12: Mischungsregler
Beispielprojekte SIMATIC PID Professional Anwendungsbeispiele, 01/2012, A5E03806703-01 53
Funktionsbeschreibung des Folgereglers Die Funktionsweise des Folgereglers RB_CTRL_C ist analog zu der des kontinuierlichen PID–Reglers PIDCTR_C aus Beispiel Example09. Der Eingang des Folgereglers wird mittels einer Skalierung an den Ausgang des Führungsreglers angepasst und mit einem voreingestellten Verhältnis– oder Mischungsfaktor multipliziert.
Neustart Bei Neustart wird jeder Einzelbaustein aufgerufen. Einzelbausteine mit Neustartroutine werden in ihrer Neustartroutine aufgerufen.
Modular PID Control 2.5 Example12: Mischungsregler
Beispielprojekte SIMATIC PID Professional 54 Anwendungsbeispiele, 01/2012, A5E03806703-01
2.5.3 Beispiel in Betrieb nehmen Passen Sie die Konfiguration des Hardwareaufbaus aus dem Beispiel mit der "Gerätekonfiguration" an Ihre reale Anlage an. Wählen Sie die passende CPU (Rechtsklick auf die "Nicht spezifizierte CPU" -> "Geräte tauschen…") und stellen Sie dann die Zykluszeit des OB35 auf 100 ms (Standardeinstellung) ein. Sollte in der Weckalarmebene ein Zeitfehler auftreten, müssen Sie die Zykluszeit vergrößern. In diesem Fall wird dann die Simulation langsamer ablaufen. Wenn Sie am realen Prozess regeln, müssen die Zykluszeit des OB35 und die Abtastzeit CYCLE der Funktion EX12 übereinstimmen. Laden Sie mit dem TIA-Portal das Beispiel in die CPU. Mit der im Beispiel enthaltenen Beobachtungstabelle können Sie dann die Regelung bedienen. Deaktivieren Sie den Handbetrieb, indem Sie DI_PIDCTR.DI_LMNGEN_C.MAN_ON = FALSE setzen. Am Parameter DI_PIDCTR.SP_IN können Sie direkt einen Sollwert vorgeben. Wenn Sie stattdessen den Sollwertgenerator nutzen möchten, setzen Sie DI_PIDCTR.DI_SP_GEN.DFOUT_ON = FALSE. Dann können Sie über die Eingangsparameter OUTVUP bzw. OUTVDN des Sollwertgebers den Sollwert kontinuierlich vergrößern bzw. verkleinern. Am Parameter DI_PIDCTR.PV können Sie den Istwert und am Parameter DI_PIDCTR.LMN den Stellwert des Führungsreglers beobachten. Die Mischungsfaktoren für die Folgeregler sind in den Parametern DIx_RB_CTR_C.RATIO_FAC hinterlegt. Die Summe aller Mischungsfaktoren muss den Wert 1 ergeben. An den Parametern DIx_RB_CTR_C.PV können Sie die Istwerte und an Parametern DIx_RB_CTR_C.LMN die Stellwerte der Folgeregler beobachten.
Modular PID Control 2.6 Example13: Regler mit Störgrößenaufschaltung
Beispielprojekte SIMATIC PID Professional Anwendungsbeispiele, 01/2012, A5E03806703-01 55
2.6 Example13: Regler mit Störgrößenaufschaltung
2.6.1 Übersicht
Regelkreis Das Beispiel Example13 besteht aus einem Regler mit Störgrößenaufschaltung und einer simulierten Regelstrecke. Als Streckensimulationsbaustein kommt PROC_C zum Einsatz. Dieser ist in Example09 beschrieben.
Das folgende Bild zeigt die Anwendung von Beispiel Example13 in einem kompletten Regelkreis.
Störgrößen-Aufschaltung
KontinuierlicherRegler
Regelstrecke+PV
-
DISV
LMNSPPROC_C
Bild 2-19 Regelkreis des Beispiels Example13
Bausteinaufruf und Verschaltung Das folgende Bild zeigt den Bausteinaufruf des Beispiels Example13.
DISVDI_LMNGEN_C.LMN
DI1_CRP_IN.STARTVAL
OUTVINV
CYCLECOM_RST
PROC_C
CYCLE
DI2_CRP_IN.STARTVAL
COM_RST
CTR_C_FF
CYCLE
COM_RST
13EX
T# 100msFALSE (OB35)TRUE (OB100)
CYCLECOM_RST
EX13
OB35 (100ms) OB100
Bild 2-20 Bausteinaufruf und Verschaltung des Beispiels Example13
Modular PID Control 2.6 Example13: Regler mit Störgrößenaufschaltung
Beispielprojekte SIMATIC PID Professional 56 Anwendungsbeispiele, 01/2012, A5E03806703-01
2.6.2 CRT_C_FF: Regler mit Störgrößenaufschaltung
Anwendungsbereich Der Baustein CRT_C_FF ist ein PID-Regler mit Störgrößenaufschaltung für kontinuierliche Stellglieder. Das folgende Bild zeigt die Bausteinverschaltung des CTR_C_FF.
Bild 2-21 Bausteinverschaltung des CTR_C_FF
Modular PID Control 2.6 Example13: Regler mit Störgrößenaufschaltung
Beispielprojekte SIMATIC PID Professional Anwendungsbeispiele, 01/2012, A5E03806703-01 57
Funktionsbeschreibung Der Sollwertgenerator SP_GEN gibt den Sollwert vor, dessen Steigung vom Hochlaufgeber ROC_LIM begrenzt wird. Der Peripherie–Istwert wird mittels CRP_IN in einen Gleitpunktwert gewandelt und durch den Grenzwertmelder LIMALARM auf voreingestellte Grenzwerte überwacht. Die Regeldifferenz wird auf den PID-Algorithmus PID geführt. Die Peripherie–Störgröße wird mittels CRP_IN in einen Gleitpunktwert gewandelt, mit LAG1ST geglättet und mit NONLIN über eine Kennlinie linearisiert. Der Stellwertverarbeitungsbaustein LMNGEN_C bildet die analoge Stellgröße LMN, die mittels CRP_OUT in das Peripherieformat gewandelt wird.
Neustart Bei Neustart wird jeder Einzelbaustein aufgerufen. Einzelbausteine mit Neustartroutine werden in ihrer Neustartroutine aufgerufen.
Modular PID Control 2.6 Example13: Regler mit Störgrößenaufschaltung
Beispielprojekte SIMATIC PID Professional 58 Anwendungsbeispiele, 01/2012, A5E03806703-01
2.6.3 Beispiel in Betrieb nehmen Passen Sie die Konfiguration des Hardwareaufbaus aus dem Beispiel mit der "Gerätekonfiguration" an Ihre reale Anlage an. Wählen Sie die passende CPU (Rechtsklick auf die "Nicht spezifizierte CPU" -> "Geräte tauschen…") und stellen Sie dann die Zykluszeit des OB35 auf 100 ms (Standardeinstellung) ein. Sollte in der Weckalarmebene ein Zeitfehler auftreten, müssen Sie die Zykluszeit vergrößern. In diesem Fall wird dann die Simulation langsamer ablaufen. Wenn Sie am realen Prozess regeln, müssen die Zykluszeit des OB35 und die Abtastzeit CYCLE der Funktion EX13 übereinstimmen. Laden Sie mit dem TIA-Portal das Beispiel in die CPU. Mit der im Beispiel enthaltenen Beobachtungstabelle können Sie dann die Regelung bedienen. Deaktivieren Sie den Handbetrieb, indem Sie DI_CTR_C_FF.DI_LMNGEN_C.MAN_ON = FALSE setzen. Am Parameter DI_CTR_C_FF.SP_IN können Sie direkt einen Sollwert vorgeben. Wenn Sie stattdessen den Sollwertgenerator nutzen möchten, setzen Sie DI_CTR_C_FF.DI_SP_GEN.DFOUT_ON = FALSE. Dann können Sie über die Eingangsparameter OUTVUP bzw. OUTVDN des Sollwertgebers den Sollwert kontinuierlich vergrößern bzw. verkleinern. Am Parameter DI_CTR_C_FF.DI1_CRP_IN.OUTV können Sie den Istwert und am Parameter DI_CTR_C_FF.DI_LMNGEN_C.LMN den Stellwert beobachten. Am Eingangsparameter DI_PROC_C.DISV der simulierten Regelstrecke können Sie eine Störung aufschalten. Über das Eingangsbit DI_CTR_C_FF.DI_PID.DISV_SEL des Reglers können Sie die Störgrößenaufschaltung auch deaktivieren, indem Sie das Bit zurücksetzen.
Modular PID Control 2.7 Example14: Bereichsauswahlregler
Beispielprojekte SIMATIC PID Professional Anwendungsbeispiele, 01/2012, A5E03806703-01 59
2.7 Example14: Bereichsauswahlregler
2.7.1 Übersicht
Regelkreis Das Beispiel Example14 besteht aus einem Bereichsauswahlregler und einer simulierten Regelstrecke. Das folgende Bild zeigt die Anwendung von Beispiel Example14 in einem kompletten Regelkreis.
KontinuierlicherRegler
RegelstreckeBereichsaufteilung für 2kontinuierliche
Ausgangssignale -
DISV
LMN2
LMN1SPPROC_HCC
Bild 2-22 Regelkreis des Beispiels Example14
Bausteinaufruf und Verschaltung Das folgende Bild zeigt den Bausteinaufruf des Beispiels Example14.
INV_COOLDI1_LMNGEN_C.LMNDI2_LMNGEN_C.LMN
OUTVINV_HEAT
CYCLECOM_RST
PROC_HCC
CYCLE
DI_CRP_IN.STARTVAL
COM_RST
SPLITCTR
CYCLE
COM_RST
EX14
T# 100msFALSE (OB35)TRUE (OB100)
CYCLECOM_RST
EX14
OB35 (100ms) OB100
Bild 2-23 Bausteinaufruf und Verschaltung des Beispiels Example14
Modular PID Control 2.7 Example14: Bereichsauswahlregler
Beispielprojekte SIMATIC PID Professional 60 Anwendungsbeispiele, 01/2012, A5E03806703-01
2.7.2 SPLITCTR: Bereichsauswahlregler
Anwendungsbereich Der Baustein SPLITCTR ist ein PID-Regler mit Bereichsauswahl für 2 kontinuierliche Stellglieder. Das folgende Bild zeigt die Bausteinverschaltung des SPLITCTR.
Bild 2-24 Bausteinverschaltung des SPLITCTR
Modular PID Control 2.7 Example14: Bereichsauswahlregler
Beispielprojekte SIMATIC PID Professional Anwendungsbeispiele, 01/2012, A5E03806703-01 61
Funktionsbeschreibung Der Sollwertgenerator SP_GEN gibt den Sollwert vor, dessen Steigung vom Hochlaufgeber ROC_LIM begrenzt wird. Der Peripherie-Istwert wird mittels CRP_IN in einen Gleitpunktwert gewandelt und durch den Grenzwertmelder LIMALARM auf voreingestellte Grenzwerte überwacht. Die Regeldifferenz wird auf den PID-Algorithmus PID geführt. Der Stellwertverarbeitungsbaustein LMNGEN_C bildet die analoge Stellgröße LMN. Der Stellwertbereich wird mittels 2 SPLT_RAN Bausteinen in 2 Bereiche zerlegt. Für jeden Bereich wird mit LMNGEN_C eine analoge Stellgröße ermittelt und mit CRP_OUT in das Peripherieformat gewandelt.
Neustart Bei Neustart wird jeder Einzelbaustein aufgerufen. Einzelbausteine mit Neustartroutine werden in ihrer Neustartroutine aufgerufen.
Modular PID Control 2.7 Example14: Bereichsauswahlregler
Beispielprojekte SIMATIC PID Professional 62 Anwendungsbeispiele, 01/2012, A5E03806703-01
2.7.3 PROC_HCC: Regelstrecke mit Heiz- und Kühlzweig
Anwendungsbereich Der Baustein PROC_HCC simuliert eine Verzögerungsstrecke 3. Ordnung. Er besteht aus einem Heiz- und einem Kühlzweig mit jeweils einem kontinuierlichen Eingangssignal. Daher eignet sich der Baustein zur Simulation von Temperaturprozessen, die sowohl über ein Heiz- als auch ein Kühlstellglied verfügen. Das folgende Bild zeigt das Blockschaltbild des PROC_HCC.
Funktionsbeschreibung Der Baustein bildet eine Reihenschaltung von 3 Verzögerungsgliedern 1. Ordnung. Die Streckenstruktur ist zur Realisierung des zusätzlichen Kühlzweiges doppelt aufgebaut, so dass der Baustein über zwei kontinuierliche Eingänge verfügt. Zu den Eingängen INV_HEAT bzw. INV_COOL werden immer die Störgrößen DISV_H bzw. DISV_C hinzuaddiert.
TMLAG3_CTMLAG2_C
INV_COOL + X
TMLAG1_C
GAIN_CDISV_C
+
AMB_TEM
OUTV
TMLAG3_HTMLAG2_H
INV_HEAT + X
TMLAG1_H
GAIN_H
_
DISV_H
Bild 2-25 Blockschaltbild des PROC_HCC
Neustart Bei Neustart wird die Ausgangsgröße auf den Wert OUTV = (INV_HEAT + DISV_H) * GAIN_H – (INV_COOL + DISV_C) * GAIN_C + AMB_TEM gesetzt.
Modular PID Control 2.7 Example14: Bereichsauswahlregler
Beispielprojekte SIMATIC PID Professional Anwendungsbeispiele, 01/2012, A5E03806703-01 63
2.7.4 Beispiel in Betrieb nehmen Passen Sie die Konfiguration des Hardwareaufbaus aus dem Beispiel mit der "Gerätekonfiguration" an Ihre reale Anlage an. Wählen Sie die passende CPU (Rechtsklick auf die "Nicht spezifizierte CPU" -> "Geräte tauschen…") und stellen Sie dann die Zykluszeit des OB35 auf 100 ms (Standardeinstellung) ein. Sollte in der Weckalarmebene ein Zeitfehler auftreten, müssen Sie die Zykluszeit vergrößern. In diesem Fall wird dann die Simulation langsamer ablaufen. Wenn Sie am realen Prozess regeln, müssen die Zykluszeit des OB35 und die Abtastzeit CYCLE der Funktion EX14 übereinstimmen. Laden Sie mit dem TIA-Portal das Beispiel in die CPU. Mit der im Beispiel enthaltenen Beobachtungstabelle können Sie dann die Regelung bedienen. Deaktivieren Sie den Handbetrieb, indem Sie DI_SPLITCTR.DI_LMNGEN_C.MAN_ON = FALSE setzen. Am Parameter DI_SPLITCTR.SP_IN können Sie direkt einen Sollwert vorgeben. Wenn Sie stattdessen den Sollwertgenerator nutzen möchten, setzen Sie DI_SPLITCTR.DI_SP_GEN.DFOUT_ON = FALSE. Dann können Sie über die Eingangsparameter OUTVUP bzw. OUTVDN des Sollwertgenerators den Sollwert kontinuierlich vergrößern bzw. verkleinern. Am Parameter DI_SPLITCTR.DI_CRP_IN.OUTV können Sie den Istwert und am Parameter DI_SPLITCTR.DI_LMNGEN_C.LMN den Stellwert beobachten. Die Stellwerte, die sich aus der Bereichsaufteilung für die beiden kontinuierlichen Stellglieder ergeben, können Sie an den Parametern DI_SPLITCTR.DI1_LMNGEN_C.LMN und DI_SPLITCTR.DI2_LMNGEN_C.LMN beobachten.
Modular PID Control 2.8 Example15: Ablöseregler
Beispielprojekte SIMATIC PID Professional 64 Anwendungsbeispiele, 01/2012, A5E03806703-01
2.8 Example15: Ablöseregler
2.8.1 Übersicht
Regelkreis Das Beispiel Example15 besteht aus einem Ablöseregler und einer simulierten Regelstrecke. Als Streckensimulationsbausteine kommen PROC_S und PROC_C zum Einsatz. Diese sind in Example08 und Example09 beschrieben. Im Beispiel ist der Ablöseregler als Begrenzungsregler parametriert. Dazu wird der Regler mit dem kleineren Stellwert für die Stellsignalbildung verwendet. Der Regler DI_OVR_CTR.DI1_PID ist im normalen Betrieb aktiv und regelt den Istwert PV1 von PROC_C auf den Sollwert SP1. Der Regler DI_OVR_CTR.DI2_PID greift erst ein, wenn sich der Istwert PV2 von PROC_S dem Grenzwert SP2 (Vorbelegung 50.0) zu stark nähert. Das folgende Bild zeigt die Anwendung von Beispiel Example15 in einem kompletten Regelkreis.
Regelstrecke
PID-Regler 2
OverrideRegelung
mit Schritt-regler
PID-Regler 1
QLMNDN PROC_C
SP2
QLMNUPSP1
PROC_S
-
-
PV1PV2
Bild 2-26 Regelkreis des Beispiels Example15
Modular PID Control 2.8 Example15: Ablöseregler
Beispielprojekte SIMATIC PID Professional Anwendungsbeispiele, 01/2012, A5E03806703-01 65
Bausteinaufruf und Verschaltung Das folgende Bild zeigt den Bausteinaufruf und die Verschaltung des Beispiels Example15.
OUTV
PROC_C
CYCLECOM_RST
INVQLMNR_LS
LMNRQLMNR_HS
INV_DOWNQLMNDNQLMNUP
LMNR_LSLMNR_HSLMNR_IN
DI1_CRP_IN.STARTVAL
OUTVINV_UP
CYCLECOM_RST
PROC_S
CYCLE
DI2_CRP_IN.STARTVAL
COM_RST
OVR_CTR
CYCLE
COM_RST
EX15
T# 100msFALSE (OB35)TRUE (OB100)
CYCLECOM_RST
EX15
OB35 (100ms) OB100
Bild 2-27 Bausteinaufruf und Verschaltung des Beispiels Example15
2.8.2 OVR_CTR: Ablöseregler
Anwendungsbereich Der Baustein OVR_CTR ist ein Ablöseregler. Zwei PID-Regler werden auf einen Schrittreglerausgang geschaltet. Das folgende Bild zeigt die Bausteinverschaltung des OVR_CTR.
Modular PID Control 2.8 Example15: Ablöseregler
Beispielprojekte SIMATIC PID Professional 66 Anwendungsbeispiele, 01/2012, A5E03806703-01
Bild 2-28 Bausteinverschaltung des OVR_CTR
Modular PID Control 2.8 Example15: Ablöseregler
Beispielprojekte SIMATIC PID Professional Anwendungsbeispiele, 01/2012, A5E03806703-01 67
Funktionsbeschreibung Die Sollwertgeneratoren SP_GEN geben die Sollwerte vor, deren Steigungen von den Hochlaufgebern ROC_LIM begrenzt werden. Die Peripherie-Istwerte werden mittels der Anweisung CRP_IN in Gleitpunktwerte gewandelt und durch die Grenzwertmelder LIMALARM auf voreingestellte Grenzwerte überwacht. Die Regeldifferenzen werden auf die PID–Bausteine geführt. Die Stellwerte der zwei PID-Bausteine gelangen auf einen OVERRIDE–Baustein. Hier wird entweder das Maximum oder das Minimum der zwei Stellwerte bestimmt und auf den Stellwertverarbeitungsbaustein LMNGEN_S weitergeleitet. LMNGEN_S kann im Ablöseregler nur in der Betriebsart "Schrittregler mit Stellungsrückmeldung" arbeiten.
Neustart Bei Neustart wird jeder Einzelbaustein aufgerufen. Einzelbausteine mit Neustartroutine werden in ihrer Neustartroutine aufgerufen.
2.8.3 Beispiel in Betrieb nehmen Passen Sie die Konfiguration des Hardwareaufbaus aus dem Beispiel mit der "Gerätekonfiguration" an Ihre reale Anlage an. Wählen Sie die passende CPU (Rechtsklick auf die "Nicht spezifizierte CPU" -> "Geräte tauschen…") und stellen Sie dann die Zykluszeit des OB35 auf 100 ms (Standardeinstellung) ein. Sollte in der Weckalarmebene ein Zeitfehler auftreten, müssen Sie die Zykluszeit vergrößern. In diesem Fall wird dann die Simulation langsamer ablaufen. Wenn Sie am realen Prozess regeln, müssen die Zykluszeit des OB35 und die Abtastzeit CYCLE der Funktion EX15 übereinstimmen.
Laden Sie mit dem TIA-Portal das Beispiel in die CPU.
Mit der im Beispiel enthaltenen Beobachtungstabelle können Sie dann die Regelung bedienen.
Deaktivieren Sie den Handbetrieb, indem Sie DI_OVR_CTR.DI_LMNGEN_S.MAN_ON = FALSE setzen.
Geben Sie am Parameter DI_OVR_CTR.SP_IN1 zuerst einen niedrigen Sollwert SP1 (z.B. 28.0) vor und warten Sie bis die Regelung eingeschwungen ist.
Geben Sie anschließend am Parameter DI_OVR_CTR.SP_IN1 einen hohen Sollwert (z.B. 92.0) vor.
An den Parametern DI_OVR_CTR.DI_OVERRIDE.QPID1 und DI_OVR_CTR.DI_OVERRIDE.QPID2 können Sie erkennen, dass bei diesem Sollwertsprung der zweite Regler für eine begrenzte Zeit die Stellsignalbildung übernimmt. Damit wird verhindert, dass der Istwert PV2 DI_OVR_CTR.DI2_CRP_IN.OUTV seinen Grenzwert SP2 DI_OVR_CTR.SP_IN2 (Vorbelegung 50.0) überschreitet.
Mit den Eingangsbits DI_OVR_CTR.DI_OVERRIDE.PID1_ON bzw. DI_OVR_CTR.DI_OVERRIDE.PID2_ON können Sie auch manuell vorgeben, welcher Regler für die Stellsignalbildung verwendet werden soll.
Am Parameter DI_OVR_CTR.DI1_CRP_IN.OUTV können Sie den Istwert PV1 und an den Parametern DI_OVR_CTR.QLMNUP und DI_OVR_CTR.QLMNDN die Stellsignale beobachten.
Modular PID Control 2.9 Example16: Kontinuierlichen Regler mit dem PID Self-Tuner optimieren
Beispielprojekte SIMATIC PID Professional 68 Anwendungsbeispiele, 01/2012, A5E03806703-01
2.9 Example16: Kontinuierlichen Regler mit dem PID Self-Tuner optimieren
Übersicht Dieses Beispiel enthält einen einfachen Regelkreis, der aus einem PID-Regler und einem VZ2-Glied als modellhafte Strecke für einen Temperaturprozess besteht. Es ist ein Beispiel für die Anwendung des Self-Tuners in Verbindung mit einem kontinuierlichen PID-Regler.
-
LMNPROC_CTUN_CON_C
PVSP
Bild 2-29 Regelkreis des Beispiels Example16
Programmaufbau Der Baustein IDB_TUN_CON_C ist ein Instanz-DB vom FB TUN_CON_C, der die Aufrufe des Self-Tuners und des Reglers enthält. Der FB TUN_CON_C und die Streckensimulation FB PROC_C werden im OB35 aufgerufen.
Streckenbaustein für die Simulation eines Temperaturprozesses Der Baustein simuliert einen Prozess mit einem Verzögerungsglied dritter Ordnung. Für Temperaturprozesse wählen Sie VZ2-Verhalten mit einer großen und einer kleinen Zeitkonstanten (TM_LAG1 = 15 × TM_LAG2 und TM_LAG3 = 0s).
Bild 2-30 Blockschaltbild der Regelstrecke
Parameter INV Eingangsgröße (Stellwert des Reglers) DISV Störgröße GAIN Prozessverstärkung TM_LAG1 Verzögerungszeit 1 ( bei Temperaturprozessen: TM_LAG2 Verzögerungszeit 2 (TM_LAG1 = 15 × TM_LAG2) TM_LAG3 Verzögerungszeit 3 ( = 0 bei Temperaturprozessen) OUTV Ausgangsgröße (z. B. Temperatur)
Nach der Addition des analogen Eingangssignals und einer Störgröße und anschließender Multiplikation mit der Prozessverstärkung werden drei Verzögerungsglieder 1. Ordnung durchlaufen.
Bei Initialisierung wird die Ausgangsgröße auf OUTV = DISV × GAIN gesetzt.
Modular PID Control 2.9 Example16: Kontinuierlichen Regler mit dem PID Self-Tuner optimieren
Beispielprojekte SIMATIC PID Professional Anwendungsbeispiele, 01/2012, A5E03806703-01 69
Bedienung und Beobachtung Die Bedienung des Beispiels erfolgt über die Inbetriebnahmeoberfläche des Self-Tuners und ist in dessen Online-Hilfe beschrieben. Die Inbetriebnahmeoberfläche finden Sie im Ordner "Technologieobjekte" bei dem Technologieobjekt "tuner".
Beispiel in Betrieb nehmen Passen Sie die Konfiguration des Hardwareaufbaus aus dem Beispiel mit der "Gerätekonfiguration" an Ihre reale Anlage an. Wählen Sie die passende CPU (Rechtsklick auf die "Nicht spezifizierte CPU" -> "Geräte tauschen…") und stellen Sie dann die Zykluszeit des OB35 auf 100ms ein (Standardeinstellung). Sollte in der Weckalarmebene ein Zeitfehler auftreten, müssen Sie die Zykluszeit vergrößern. In diesem Fall wird dann die Simulation langsamer ablaufen. Wenn Sie am realen Prozess regeln, muss die Zykluszeit des OB35 mit der Abtastzeit IDB_TUN_CON_C.CYCLE_P übereinstimmen. Laden Sie mit dem TIA-Portal das Beispiel in die CPU. Öffnen Sie im Ordner "Technologieobjekte" die Inbetriebnahmeoberfläche des Technologieobjekts "tuner" und führen Sie die Inbetriebnahme wie in der Online-Hilfe beschrieben durch.
Modular PID Control 2.10 Example17: Schrittregler mit dem PID Self-Tuner optimieren
Beispielprojekte SIMATIC PID Professional 70 Anwendungsbeispiele, 01/2012, A5E03806703-01
2.10 Example17: Schrittregler mit dem PID Self-Tuner optimieren
Übersicht Das Beispiel enthält einen einfachen Regelkreis aus PID-Schrittregler und einem VZ2-Glied mit einem integrierenden Stellglied als modellhafte Strecke für einen Temperaturprozess. Es ist ein Beispiel für die Anwendung des Self-Tuners in Verbindung mit einem PID-Schritt-regler.
-QLMNDN
QLMNUPPROC_STUN_CON_S
PVSP
Bild 2-31 Regelkreis des Beispiels Example17
Programmaufbau Der Baustein IDB_TUN_CON_S ist ein Instanz-DB vom FB TUN_CON_S, der die Aufrufe des Self-Tuner und des Reglers enthält. Der FB TUN_CON_S und die Streckensimulation FB PROC_S werden im OB35 aufgerufen.
Streckenbaustein für die Simulation eines Temperaturprozesses Der Baustein simuliert einen Prozess mit einem Verzögerungsglied dritter Ordnung. Für Temperaturprozesse wählen Sie VZ2-Verhalten mit einer großen und einer kleinen Zeitkonstanten (TM_LAG1 = 15 × TM_LAG2 und TM_LAG3 = 0 s).
Bild 2-32 Blockschaltbild der Regelstrecke
Modular PID Control 2.10 Example17: Schrittregler mit dem PID Self-Tuner optimieren
Beispielprojekte SIMATIC PID Professional Anwendungsbeispiele, 01/2012, A5E03806703-01 71
Parameter INV_UP Stellwertsignal auf INV_DOWN Stellwertsignal zu DISV Störgröße GAIN Prozessverstärkung MTR_TM Stellgliedlaufzeit LMNR_HLM Stellglied Obergrenze LMNR_LLM Stellglied Untergrenze TM_LAG1 Verzögerungszeit 1 TM_LAG2 Verzögerungszeit 2
(bei Temperaturprozessen: TM_LAG1 = 15 × TM_LAG2)
TM_LAG3 Verzögerungszeit 3 ( = 0 bei Temperaturprozessen)
OUTV Ausgangsgröße (z. B. Temperatur) LMNR Stellungsrückmeldung QLMNR_HS oberes Anschlagsignal QLMNR_LS unteres Anschlagsignal
Abhängig von den Eingangssignalen INV_UP und INV_DOWN wird die Stellungsrückmeldung LMNR mittels eines Integrierers berechnet. Die Stellungsrückmeldung wird auf LMNR_HLM und LMNR_LLM begrenzt. Bei Erreichen der Grenze werden die Anschlagssignale QLMNR_HS bzw. QLMNR_LS gesetzt.
Nach der Addition einer Störgröße und anschließender Multiplikation mit der Prozessverstärkung werden drei Verzögerungsglieder 1. Ordnung durchlaufen.
Bei Initialisierung werden die Ausgangsgrößen OUTV und LMNR auf Null gesetzt.
Bedienung und Beobachtung Die Bedienung des Beispiels erfolgt über die Inbetriebnahmeoberfläche des Self-Tuners und ist in dessen Online-Hilfe beschrieben. Die Inbetriebnahmeoberfläche finden Sie im Ordner "Technologieobjekte" bei dem Technologieobjekt "tuner".
Modular PID Control 2.10 Example17: Schrittregler mit dem PID Self-Tuner optimieren
Beispielprojekte SIMATIC PID Professional 72 Anwendungsbeispiele, 01/2012, A5E03806703-01
Beispiel in Betrieb nehmen Passen Sie die Konfiguration des Hardwareaufbaus aus dem Beispiel mit der "Gerätekonfiguration" an Ihre reale Anlage an. Wählen Sie die passende CPU (Rechtsklick auf die "Nicht spezifizierte CPU" -> "Geräte tauschen…") und stellen Sie dann die Zykluszeit des OB35 auf 20 ms ein. Sollte in der Weckalarmebene ein Zeitfehler auftreten, müssen Sie die Zykluszeit vergrößern. In diesem Fall wird dann die Simulation langsamer ablaufen. Wenn Sie am realen Prozess regeln, müssen die Zykluszeit des OB35 und die Abtastzeit IDB_TUN_CON_S.CYCLE_P übereinstimmen.
Laden Sie mit dem TIA-Portal das Beispiel in die CPU.
Öffnen Sie im Ordner "Technologieobjekte" die Inbetriebnahmeoberfläche des Technologieobjekts "tuner" und führen Sie die Inbetriebnahme wie in der Online-Hilfe beschrieben durch.
Modular PID Control 2.11 Example18: Impulsregler mit dem PID Self-Tuner optimieren
Beispielprojekte SIMATIC PID Professional Anwendungsbeispiele, 01/2012, A5E03806703-01 73
2.11 Example18: Impulsregler mit dem PID Self-Tuner optimieren
Übersicht Das Beispiel enthält einen einfachen Regelkreis, der aus einem PID-Regler mit Impulsbildung und einem VZ2-Glied als modellhafte Strecke für einen Temperaturprozess besteht. Es ist ein Beispiel für die Anwendung des Self-Tuners in Verbindung mit einem kontinuierlichen PID-Regler mit Impulsbildung.
-QNEG_P
QPOS_PPROC_HCPTUN_CON_P
PVSP
Bild 2-33 Regelkreis des Beispiels Example18
Programmaufbau Der Baustein IDB_TUN_CON_P ist ein Instanz-DB vom FB TUN_CON_P, der die Aufrufe des Self-Tuners und den Regler mit Impulsbildung enthält. Der FB TUN_CON_P und die Streckensimulation FB PROC_HCP werden im OB35 aufgerufen.
Streckenbaustein für die Simulation einer Temperaturheizzone Der Baustein simuliert einen typischen Temperaturprozess für Heizen und Kühlen, wie er als Regelzone in einem Extruder, einer Spritzgießmaschine, einer Tempermaschine oder als separater Ofen in der Praxis vorkommen kann.
OUTV
TM_LAG2_CTM_LAG1_C
TM_LAG2_HTM_LAG1_H
DISV_OUT
GAIN_CDISV_C
GAIN_HDISV_H
0-100
0100
NEG_P
POS_P
Bild 2-34 Blockschaltbild der Regelstrecke
Modular PID Control 2.11 Example18: Impulsregler mit dem PID Self-Tuner optimieren
Beispielprojekte SIMATIC PID Professional 74 Anwendungsbeispiele, 01/2012, A5E03806703-01
Parameter POS_P binäres Eingangssignal Heizen NEG_P binäres Eingangssignal Kühlen DISV_H Störgröße Heizen DISV_C Störgröße Kühlen DISV_OUT Störgröße am Ausgang (z. B. Umgebungstemperatur) GAIN_H Prozessverstärkung Heizen GAIN_C Prozessverstärkung Kühlen TM_LAG1_H Verzögerungszeit 1 Heizen TM_LAG2_H Verzögerungszeit 2 Heizen TM_LAG1_C Verzögerungszeit 1 Kühlen TM_LAG2_C Verzögerungszeit 2 Kühlen OUTV Ausgangsgröße (z. B. Temperatur der Regelzone)
Die binären Eingangssignale werden in kontinuierliche Gleitpunktwerte (-100, 0, 100) umgesetzt. Nach Addition einer Störgröße (z. B. Umgebungstemperatur) und anschließender Multiplikation mit der Prozessverstärkung werden zwei Verzögerungsglieder 1. Ordnung durchlaufen. Dieser Vorgang wird für Heizen und Kühlen separat durchgeführt.
Bei Initialisierung wird die Ausgangsgröße auf OUTV = DISV_H × GAIN_H - DISV_C × GAIN_C + DISV_OUT gesetzt.
Bedienung und Beobachtung Die Bedienung des Beispiels erfolgt über die Inbetriebnahmeoberfläche des Self-Tuners und ist in dessen Online-Hilfe beschrieben. Die Inbetriebnahmeoberfläche finden Sie im Ordner "Technologieobjekte" bei dem Technologieobjekt "tuner".
Beispiel in Betrieb nehmen Passen Sie die Konfiguration des Hardwareaufbaus aus dem Beispiel mit der "Gerätekonfiguration" an Ihre reale Anlage an. Wählen Sie die passende CPU (Rechtsklick auf die "Nicht spezifizierte CPU" -> "Geräte tauschen…") und stellen Sie dann die Zykluszeit des OB35 auf 20 ms ein. Sollte in der Weckalarmebene ein Zeitfehler auftreten, müssen Sie die Zykluszeit vergrößern. In diesem Fall wird dann die Simulation langsamer ablaufen. Wenn Sie am realen Prozess regeln, müssen die Zykluszeit des OB35 und die Abtastzeit IDB_TUN_CON_P.CYCLE_P übereinstimmen. Laden Sie mit dem TIA-Portal das Beispiel in die CPU. Öffnen Sie im Ordner "Technologieobjekte" die Inbetriebnahmeoberfläche des Technologieobjekts "tuner" und führen Sie die Inbetriebnahme wie in der Online-Hilfe beschrieben durch.